IV конференция «ТРИЗ. Практика применения методических инструментов»

Программа - путеводитель решателя

Титов В.В., доктор физ.-мат.наук

 

Приступая к исполнению серьезного заказа на инновационное решение задачи, поставленной заказчиком, исполнитель прежде всего должен ответить для себя на три вопроса:

1. Зачем, для достижения какой цели поставлена эта задача?
2. Будет ли достигнута эта цель, если будет решена поставленная задача?
3. Эту ли задачу нужно решать для достижения этой цели?

Эту вводную часть работы исполнитель может провести с помощью программы МАЙЕВТИК, о которой докладывалось на прошлогодней конференции. А дальше, когда появилась уверенность в том, что выбор объекта модификации сделан правильно и согласован с заказчиком, пора приступать к анализу, исследованию этого объекта и его окружения.

Исследование объекта (устройства/предмета или операции/технологии) – это не дань любопытству, а глубокое проникновение в суть и принцип построения и функционирования объекта с целью выявить потенциальные точки наиболее эффективного воздействия на него. Основой для такого исследования является системный подход в той его модификации, которая разрабатывалась в 70-80-е годы для технических систем и все последующие годы совершенствовалась.

На рисунке 1 показана схема и последовательность реализации отдельных блоков системного анализа исследуемого объекта. Расположение блоков на схеме и последовательность их исполнения регламентируется соединительными линиями со стрелками. Нетрудно видеть, что процесс анализа может быть распараллелен, т.е. вестись одновременно по нескольким блокам (это особенно важно при коллективной работе над задачей).

Верхний блок относится к первичному сбору информации об объекте. Следующий ряд блоков – это "инвентаризация" объекта как системы и его окружения как надсистемы. Хотя на схеме три вида анализа системы не связаны между собой направляющими линиями, но в действительности связь и взаимовлияние их (особенно предметного и функционального анализа) довольно значительно.

Следующий, третий сверху ряд блоков относится уже к аналитической работе над системой. Рассматривать подробно эту линейку блоков не будем, поскольку на схеме рис. 1 каждый прямоугольник в действительности является гиперссылкой, выводящей на страницу, где подробно поясняется смысл и последовательность выполнения операции, названной в этом прямоугольнике. Во многих случаях для более понятного объяснения приведены конкретные примеры выполнения операции.

Рис.1. Схема аналитического этапа работы.

В качестве примера ниже приведена страничка, на которую выводит гиперссылка блока "Построение и анализ матрицы взаимодействия в системе". Структура ссылочного блока такова: после заглавия дается инструкция пошагового исполнения этапа, а затем – пояснение содержания и особенностей исполнения (мелким шрифтом).

"Матрица и граф взаимодействия

Инструкция к исполнению этапа "Построение и анализ матрицы взаимодействия в системе".

1. Построить в Excel квадратную матрицу с числом столбцов (и строк), равным числу элементов системы плюс один (для головных строк). Занести в головные строку и столбец наименования элементов системы в одинаковом порядке.
2. Закрасить диагональные ячейки матрицы (они не имеют смысла, т.к. отражают взаимодействие элемента с самим собой).
3. Для каждой из недиагональных ячеек матрицы определить, имеет ли место взаимодействие соответствующих элементов, и зафиксировать результат в ячейке (например, "+" - есть взаимодействие, "-" - нет взаимодействия).
4. Если плюсы и минусы распределены в матрице хаотически, попытаться их сгруппировать в две или более групп, перемещая попарно столбцы и строки. Тем самым выделить более или менее обособленные подсистемы, которые в дальнейшем можно рассматривать независимо.

Первое ознакомление с элементным составом системы дает лишь список неких объектов, который сам по себе не позволяет судить о том, как устроена система, зачем и как она работает. Только знание внутренних связей в системе позволяет прояснить это, а заодно и выявить ее особенности и слабые места.
      Однако связи в системе очень многочисленны и многоплановы, и при ограниченных человеческих возможностях очень трудно анализировать сразу множество элементов и связей, очень высок риск упустить какую-либо важную (а иногда и решающую) связь или эффект. Поэтому всегда стараются соблюсти золотое правило: число одновременно анализируемых объектов не должно превышать 5-7. Если же число элементов системы существенно больше этого значения, то нужно постараться найти способ укрупнить анализируемые единицы, т.е. выделить из неподъемной кучи элементов более или менее обособленные группы. Как правило, эти группы формируются по функциональному принципу как подсистемы.
      Наиболее просто разобраться в хитросплетении связей между элементами, используя матричное представление объекта как системы в программе Excel (или аналогичной), где можно свободно передвигать и менять местами столбцы и строки матрицы.

        

Рис.2                                                             Рис.3.

      Например, пусть начальная матрица взаимодействия элементов некой системы выглядит, как показано на рисунке 2. Усмотреть в системе плюсов (которыми обозначено наличие связи между элементами) и минусов (отсутствие такой связи) хоть какую-нибудь закономерность при всем желании не удается.
      Однако если подвигать столбцы и строки, то можно "сбить в кучки" плюсы (см. рис. 3.) и тем самым выделить в данной системе из семи элементов две слабо связанные между собой группы - подсистемы, каждую из которых можно анализировать самостоятельно (что существенно облегчит работу).
      Матрица - не единственный способ представления структуры системы. Другой способ - граф имеет свои преимущества, позволяя вместо малоинформативных плюсов и минусов (всего один бит информации) использовать множественные линии-связи, раскрашивая их в соответствии с типом связи (механическая, информационная, энергетическая, и т.д.) и снабжая стрелками (направление потока).
      Опыт показывает, что на начальном этапе анализа имеет смысл построить матрицу взаимодействия, "поиграть" столбцами и строками этой матрицы, выявив тем самым более или менее изолированные группы элементов (и определив эти группы как блоки и/или подсистемы). После этого можно уже строить граф, располагая на нем элементы в соответствии с результатами анализа матрицы взаимодействия. Наконец, построив граф, можно на нем заняться более подробным анализом связей, видом и направлением потоков, реализуемых этими связями".

 

Или другой пример – гиперссылка на блок "Построение и анализ причинно-следственных цепочек в системе":

"Построение и анализ причинно-следственных цепочек

Инструкция к исполнению

Для каждого из недостатков системы построить причинно-следственную цепочку следующим образом.

1. Определить, чем вызван данный недостаток. Если причиной является какой-либо единственный фактор, зафиксировать его и обратить к  нему тот же вопрос.
2. Если недостаток (нежелательный эффект или НЭ) вызван совокупностью двух или более НЭ, определить, является ли влияние каждого из них фатальным, или только совместное их действие вызывает данный недостаток, и устранение любого из этих НЭ снимет проблему.
3. Такую процедуру выяснения причин продолжить по каждому НЭ до тех пор, пока очередной причиной (первопричиной) не окажется какое-либо физическое свойство элемента системы.
4. Построить разветвленную схему причинно-следственной цепочки, отметив в ней участки "И-И" (совместного участия причин) и "ИЛИ-ИЛИ" (когда причины независимы друг от друга и нужно устранить их все). Выделить в цепочке все первопричины (например, цветом).

       Любой недостаток системы связан с каким-либо нежелательным эффектом (НЭ), т.е. недостатком или неправильным действием ее элемента (или пары взаимодействующих элементов).
      В свою очередь, этот НЭ имеет причиной другой, более глубокий недостаток (или недостатки), и эта причинно-следственная цепочка НЭ может оказаться довольно длинной и разветвленной.
      Причинно-следственные цепочки позволяют выйти на первопричину исходного недостатка, которая может в действительности лежать совсем не там, где представлялось сначала.
      Как и в случае формулировки недостатков системы, здесь также желательно соблюдать некоторые несложные правила формулировки. Но сначала следует обратить внимание на то, что причины недостатков делятся на две группы:

• недостаточное или неправильное поведение конкретного элемента, связанное только с его собственными возможностями, свойствами или ресурсами;
• неправильное (с точки зрения эффективности данной системы) взаимодействие двух объектов (где объектами могут служить не только элементы системы, но и обрабатываемый системой внешний объект, а также тот или иной поток).

      В первом случае цепочка НЭ близка к своему завершению, т.к. на следующем этапе можно уже выйти на конкретное физическое свойство элемента системы (например, малую теплопроводность) или на конкретную количественную характеристику физического процесса (например, "медленно нагревается"), что уже на следующем этапе опять сведется к физическому свойству конкретного элемента.
      Во втором случае НЭ связан с двумя объектами, поэтому на следующем этапе построения цепочки она разветвляется и нужно просмотреть варианты ликвидации данного НЭ силами каждого из участников процесса взаимодействия.
      Цепочки НЭ строятся для каждого недостатка индивидуально. Последующий обзор полученных цепочек нацелен на выявление двух типов ситуаций:

• присутствие одной и той же первопричины в нескольких цепочках;
• присутствие какого-либо недостатка (который находится в вершине "своей" цепочки) внутри "чужих" цепочек (а иногда даже и симметричное "взаимоприсутствие" двух недостатков в обеих цепочках).

      Для разветвленных цепочек каждое ветвление следует проанализировать и пометить, какому из логических операторов соответствует ветвление: оператору "И" (когда родительский недостаток устраняется только при устранении ОБЕИХ дочерних причин, т.е. ветвей) или оператору "ИЛИ" (когда для устранения недостатка достаточно устранение любой ОДНОЙ из причин, т.е. ветвей).
      Иногда ветвление (особенно на конечном участке физических свойств элементов) декларирует не две, а большее количество причин родительского НЭ. Но и в этом случае также нужно определить вид управляющего логического оператора.
      Пример построения цепочек НЭ показан здесь."

 

В обоих примерах внутри ссылочного блока также есть гиперссылки, т.е. весь материал "перевязан" ссылками, не оставляя пользователю никаких неясностей.

Продвигаясь таким образом по схеме, в конечном итоге пользователь формирует список задач, сгруппированных по источникам их получения. При этом активно используются законы строения и законы развитии систем (на схеме они не выделены, поскольку их влияние ощущается почти на всех этапах). Достаточно часто в списке оказываются и задачи, решение которых очевидно (или даже решение уже существует).

Закончив работу по схеме рис.1, исполнитель предъявляет список полученных задач (в некоторых случаях их число может составлять десятки) заказчику и совместно с ним отбирает и ранжирует задачи, определяя последовательность их решения. Критерии ранжирования могут варьироваться весьма значительно в зависимости от ситуации у заказчика и у исполнителя (срочность, важность, наличие ресурсов, и т.д.).

Вторая половина работы – синтетический этап для каждой из отобранных задач проводится по схеме рис.4. Устройство этой схемы аналогично рисунку 1 с единственным исключением: в центральном прямоугольнике гиперссылки даются для каждого из перечисленных методов отдельно. Точно так же в прямоугольнике об обосновании решений не одна, а три гиперссылки – для каждого из способов обоснования.

Рис.4. Схема синтетического этапа работы.

Описание методов поиска, перечисленных на схеме рис.4, дается в компактной форме, тем не менее, достаточной для того, чтобы даже незнакомый с методом пользователь смог его использовать, ориентируясь на описание и, в некоторых случаях, на пример использования метода. Выбор метода поиска решения предоставляется пользователю, хотя в каждом описании метода дается указание об области предпочтительного его использования. В качестве примера приведем ссылочный текст – описание метода фокальных объектов:

"Метод фокальных объектов (МФО)

      Метод отрицания и конструирования (МОК) дает возможность "поиграть" свойствами объекта, присущими ему изначально, причем предоставляет самому решателю инициативу замены отринутого свойства и наделения объекта новым свойством. Метод фокальных объектов (МФО) похож и непохож на МОК. Рассмотрим алгоритм "классического" МФО. Он также состоит из трех шагов:
      1. Выбирают 3-5 произвольных объектов (той же грамматической формы, что и объект, подлежащий изменению).
      2. Для каждого из выбранных объектов составляют перечень его свойств. Выписывают все эти свойства (уже без самих объектов) в отдельный список.
      3. "Совмещают" каждое из свойств (из списка) с нашим объектом и пытаются понять, что за чудо при этом получается и как это чудо могло бы выглядеть.
      Таким образом, сходство этих методов очевидно: и там, и там объект искусственно наделяется неким свойством, обычно ему не присущим. Различие в том, что в МОК объект сначала принудительно "теряет" одно из своих свойств, а что ему потом дадут взамен, предоставляется решить нам, а в МФО объекту сначала "навязывают" постороннее свойство, а что из имеющихся свойств отпадет (и отпадет ли вообще), определится только потом, после конструирования.
      Первые два этапа МФО можно несколько видоизменить, усилив объективность выбора свойств для списка, а именно:
      1а. Выбрать в произвольном художественном произведении на произвольной странице произвольную фразу длиной в 15-20 значащих слов (без учета предлогов, местоимений, союзов и т.п.).
      2а. Выписать из этой фразы все слова и словосочетания, которые можно было бы использовать грамматически осмысленно в сочетании с нашим объектом.
      3а. Этот этап остается таким же, как и в классическом варианте.
      Продемонстрируем коротенький пример решения задач методом МФО.
      Пример 1. Нужно предложить новый вариант статуи (мэрия решила украсить московский диснейленд оригинальными статуями; неужели мы опять уступим Зурабу Церетели?).
      Выбираем навскидку произвольные объекты: кактус, книга, бифштекс.
      Составляем табличку:

Кактус	Колючий, зеленый, теплолюбивый, пустынный, редко цветущий, сочный
Книга	Умная, карманная, учебная, в обложке, затрепанная
Бифштекс	С кровью, мясной, с гарниром, пережаренный, порционный

      Примеряем все, что в правом столбце, к объекту "статуя" и думаем, что бы это могло значить

Колючая статуя	Чтобы птицы не садились на голову?
Зеленая статуя	Каждую статую окрасить своим цветом?
Теплолюбивая статуя	С подогревом изнутри? А может, в шубе?
Пустынная статуя	Одна на пустой площади?
Редко цветущая статуя	Фотохромная краска? Импульсная подсветка?
Сочная статуя	Статуя - автомат торговли фруктами или соками?
Умная статуя	Статуя - электронное справочное бюро?
Карманная статуя	Статуя, а рядом продают ее мини-копии?
Учебная статуя	Статуя - анатомический атлас (или комплекс таких статуй)?
Статуя в обложке	Статуя под колпаком? Под зонтиком? Статуя - матрешка?
Затрепанная статуя	Статуя с отделяемыми частичками (на сувениры)?
Статуя с кровью	Дотронься - брызнет?
Мясная статуя	С запахом шашлыка (при отсутствии оного поблизости)?
Статуя с гарниром	В органичном сочетании с деревом? С лужайкой? Со скамьей?
Пережаренная статуя	Черная как смоль? Обожженное дерево?
Порционная статуя	То она есть, то ее нет? Статуя - фоторобот?

     Судите сами, есть ли в правом столбце идеи, способные выиграть тендер на оборудование диснейленда (или хотя бы парка в спальном районе).
      По сути своей метод фокальных объектов относится к интуитивным методам поиска нестандартных решений, т.к. здесь "принудительно" только ставится задача сконструировать непривычное решение, а уж как это решение будет найдено и реализовано, зависит от решателя, его способностей и фантазии, метод для этого подсказки не дает (так же, как и метод отрицания и конструирования). Однако даже только это "насильственное" снятие психологического барьера оказывается очень мощным фактором, стимулирующим творческую активность. Особенно там, где необычные решения являются единственным (или наиболее важным) фактором успеха (реклама, услуги, кризис, и т.д.). "

В этом примере дано и описание двух модификаций метода, и пример его использования, названы также области наиболее эффективного его применения. Однако это не означает, что метод нельзя применить также и для других задач. Любой из методов поиска способен дать подсказку для оригинального решения.

В заключение остается сказать, что представленный здесь программный продукт – путеводитель решателя свободно доступен по адресу http://www.serendip.narod.ru/reshebnik/1.html. Кроме того, он является составной частью интерактивного программного комплекса АМПИР (Автоматизированная Методика Поиска Инновационных Решений), распространяемого по подписке.