§ 8. ОБОБЩЕННЫЙ ЭВРИСТИЧЕСКИЙ АЛГОРИТМ

Коллективом лаборатории математических методов оптималь­ного проектирования Марийского политехнического института (г. Йошкар-Ола) под руководством профессора А. И. Половинкина проведен глубокий научный анализ более 30 известных методов поиска технических решений, активизации и рациональной органи­зации творческой деятельности. Результатом исследования стала разработка обобщенного алгоритма поиска новых технических ре­шений (обобщенный эвристический алгоритм) [29,31].

Эта методика является дальнейшим развитием АРИЗ, положен­ного в ее основу, и содержит ряд оригинальных разработок авто­ров, а также рациональные приемы и процедуры из некоторых других методов, в том числе: морфологического ящика, функцио­нального изобретательства, организующих понятий и др. Такое со­четание, основанное на достижениях методологии технического творчества, делает методику достаточно полной, емкой, подробной и универсальной, применимой для решения самых различных за­дач во многих отраслях техники.

Обобщенный алгоритм может быть использован для построения более простых, но эффективных частных алгоритмов, предназна­ченных для решения конкретных задач (частные алгоритмы долж­ны включать этапы с наибольшей частотой применения для данного класса). Методика ориентирована на синтез новых рациональных технических решений с помощью ЭВМ (для работы в диалоговом режиме «человек—машина»), но может быть с успехом использо­вана человеком, преимущественно отдельными блоками, и при без­машинном поиске решений.

Алгоритм состоит из 17 этапов (рис. 8), изложенных в табл. 5, при прохождении которых используется большой информационный аппарат, состоящий из восьми массивов информации (табл. 6). Хранение их в памяти ЭВМ обеспечивает быстрый поиск нужных вариантов на каждом этапе решения задачи.

Коротко о содержании информационных массивов [29].

1. Список требований, предъявляемых к техническим решени­ям (Ml), включает как общие, применимые к решениям в различ­ных отраслях техники, так и частные требования, относящиеся к конкретным решениям. Источниками для составления такого списка являются требования, сформулированные в ГОСТах, нормалях и технических условиях на различные виды изделий, а также специа­лизированные перечни требований, обеспечивающие минимизацию стоимости изготовления, габаритов, веса, потребности в энергии и т. д. (некоторые перечни содержат более 800 требований). На на­чальных этапах решения задачи используют обычно общие требования, а на этапах анализа и выбора технического решения, кроме них, включают также конкретные и частные.

Рис. 8. Структурная схема обобщенного эвристического алгоритма поиска новых технических решений.

2. Список методов выявления недостатков в техническом реше­нии (М2) содержит разнообразные приемы и методы, вскрывающие их в объектах различных отраслей техники: от внешнего осмотра до проведения специальных испытаний. Часть методов общеизвестна, источниками других являются отраслевые стандарты, руководя­щие материалы по проектированию и изготовлению конкретных из­делий, различные технические условия.

Таблица 5. Этапы обобщенного эвристического алгоритма

Обозначение	Название	Используемый массив информации
Е1	Определение общественной потребности	Ml, M2
Е2	Определение цели решения задачи
Е3	Предварительное изучение задачи	М3, М4
Е4	Сбор и анализ информации о задаче	М4
Е5	Исследование задачи
Е6	Выбор параметров объекта и предъявляемых к нему ограни­чений (требований)	Ml
Е7	Уточнение формулировки задачи
Е8	Формулировка конечного результата
Е9	Выявление технических и физических противоречий в техни­ческой системе	М5
Е10	Выбор поисковых процедур и эвристических приемов	М6, M7
E11	Поиск идей решения задачи
Е12	Анализ и проработка идей решений задачи	М3, М4
Е13	Выбор рациональных вариантов технических решений
Е14	Выбор наиболее рационального варианта технического реше­ния	М8
Е15	Развитие и упрощение технического решения	М6
Е16	Анализ технико-экономической эффективности найденного тех­нического решения	М4
Е17	Обобщение результатов решения задачи

Таблица 6. Массивы информации обобщенного эвристического алгоритма

Обозначение	Название
M1	Список требований, предъявляемых к техническим решениям
M2	Список методов выявления недостатков в технических решениях
М3	Фонд физических эффектов
М4	Фонд технических решений, включая последние запатентованные
М5	Список методов выявления причин возникновения недостатков в тех­нических решениях
М6	Фонд эвристических приемов
M7	Список поисковых процедур
М8	Список методов оценки и выбора вариантов технических решений

3. В фонде физических эффектов (М3) должны быть все изве­стные на данное время науке, а также практике физические, фи­зико-химические и прочие эффекты и явления (более подробно см. гл. 4).

4. Фонд технических решений (М4) содержит наиболее эффек­тивные технические решения из всех отраслей техники, включая последние запатентованные (более подробно см. гл. 4). Его полезно использовать при автоматизации поиска необходимой информации, систематизируя по нескольким принципам, например функцио­нальному и предметному.

5. Список методов выявления причин возникновения недостат­ков в объектах (М5) включает известные методы анализа неудов­летворительного выполнения основных функций, отказов, разруше­ний объектов или их элементов в различных отраслях техники. Источники списка—техническая литература, отраслевые стандар­ты и нормали, технические условия на конкретные виды объ­ектов.

6. Фонд эвристических приемов (М6) содержит описание переч­ня из 420 эвристических приемов, в которые входят 826 поисковых процедур (подробнее см. гл. 4). Назначение фонда — конструктив­но-технологические преобразования объектов и их элементов в процессе решения задачи.

7. Список поисковых процедур (M7) включает ряд процедур из известных методов поиска новых технических решений, из мате­риалов по инженерному проектированию и личного опыта изобре­тателей. При выполнении многих процедур используются массивы М3, М4, М6.

8. Список методов оценки и выбора вариантов технического решения (М8) содержит те из них, которые применяются в зависи­мости от требований к искомому техническому решению. Наиболее распространены методы экспертной оценки. В каждом конкретном случае необходимо применять метод, дающий самый объективный и обоснованный результат.

Более подробно содержание этапов обобщенного эвристическо­го алгоритма указано в списке процедур.

Список процедур обобщенного алгоритма поиска новых технических решений

Этап Е1

1.1. Определить основную общественную потребность, которая должна быть удовлетворена решением задачи.

1.2. Произвести дробление основной общественной потребности на частные.

1.3. Выявить частные общественные потребности, удовлетворе­ние которых наиболее актуально в настоящее время, в ближай­шем будущем.

1.4. Определить степень несоответствия между возможностями имеющегося ТР и предъявляемыми к нему требованиями. Исполь­зовать массивы M1, M2.

1.5. Определить своевременность постановки задачи.

1.6. Установить, сохранится ли та или иная общественная по­требность после возможной реализации результатов решения за­дачи.

1.7. Составить список недостатков (нежелательных свойств) имеющейся технической системы (объекта).

Этап Е2

2.1. Определить техническую цель решения задачи.

2.2. Определить экономическую цель решения задачи.

2.3. Найти главный технико-экономический показатель, кото­рый надо улучшить.

2.4. Выявить конечную цель решения задачи и сформулировать ее.

2.5. Если целей несколько, установить возможность их комби­нации.

2.6. Изучить и уяснить цель.

2.7. Определить цель количественно.

2.8. Выявить условия, при которых возможно достижение цели.

Этап Е3

3.1. Ознакомиться с задачей в таком виде, как она дана.

3.2. Изучить историю возникновения задачи.

3.3. Установить ложные толкования задачи.

3.4. Выявить причины возникновения задачи.

3.5. Рассмотреть, нельзя ли ликвидировать проблемную ситуа­цию решением задачи, направленным на устранение причины ее возникновения.

3.6. Установить связь рассматриваемой задачи со смежными.

3.7. Установить, в какую надсистему входит система, приведен­ная в задаче.

3.8. Изложить новую интерпретацию задачи в целом.

3.9. Представить целиком всю задачу.

3.10. Определить необходимость дробления на подзадачи.

3.11. Сформулировать принцип дробления задачи на подзадачи.

3.12. Выделить главную задачу.

3.13. Определить второстепенные задачи.

3.14. Исследовать возможности дробления задачи по иным прин­ципам.

3.15. Проанализировать разумность постановки задачи.

3.16. Проверить правомерность постановки задачи с точки зре­ния общих законов природы.

3.17. Проверить осуществимость задачи на современном уровне науки, техники и производства. Использовать массивы М3 и М4.

3.18. Определить неясные вопросы и расположить их в порядке значения для решения задачи.

Этап Е4

4.1. Собрать все имеющиеся сведения, связанные с за­дачей.

4.2. Изучить все, что уже сделано для решения задачи в миро­вой практике. Использовать массив М4.

4.3. Выяснить, что в данной области отброшено, не оправдалось, забыто.

4.4. Выяснить, что в данной области оправдалось и принято к использованию.

4.5. Сравнить первоначальную задачу с тенденциями развития данной отрасли техники. Определить факторы, влияющие на раз­витие. Использовать массив М4.

4.6. Сравнить первоначальную задачу с тенденциями развития ведущей отрасли техники. Определить факторы, влияющие на раз­витие.

4.7. Определить, какую другую, более общую (обходную) за­дачу надо решить, чтобы получить требуемый конечный резуль­тат.

4.8. Сравнить обходную задачу с тенденциями развития данной отрасли техники.

4.9. Сравнить обходную задачу с тенденциями развития веду­щей отрасли техники.

4.10. Сравнить первоначальную задачу с обходной.

4.11. Определить, решение какой задачи целесообразнее— первоначальной или обходной.

4.12. Определить, какая информация действительно необходима для поиска решения.

4.13. Определить, какая информация отсутствует.

4.14. Определить, какую работу необходимо проделать для по­лучения дополнительной информации.

Этап Е5

5.1. Представить объект, рассматриваемый в задаче, как тех­ническую систему взаимосвязанных элементов.

5.2. Составить список основных взаимосвязанных элементов, расположив их в порядке значимости для выполнения основной функции.

5.3. Определить главные взаимосвязанные элементы.

5.4. Изучить главные элементы задачи: раздельно, в сочетании друг с другом, в сопоставлении друг с другом, в сопоставлении со всей задачей в целом.

5.5. Выявить знакомые элементы задачи.

5.6. Определить полезность знакомых элементов задачи для ее решения.

5.7. Выявить новое в каждом элементе.

5.8. Установить функционально важные связи и зависимости между элементами.

5.9. Составить таблицу связей между элементами.

5.10. Выразить взаимосвязи между элементами математически, символически, схематически и т. д.

5.11. Представить задачу (как целое) яснее и нагляднее, не вдаваясь в детали.

5.12. Изобразить объект наглядно (чертеж, эскиз и т. п.).

Этап Е6

6.1. Определить требования, предъявляемые к техническим ре­шениям. Использовать массив M1.

6.2. Дополнить требования, предъявляемые к техническому ре­шению.

6.3. Принять во внимание только основные требования.

6.4. Изменить требования к результатам решения задачи.

6.5. Составить список требований, которые предъявляются к искомому техническому решению, расположив их в соответствии со степенью влияния на выполнение основной функции.

6.6. Определить общепринятые граничные условия и причины их установления.

6.7. Наложить ограничения на среду функционирования техни­ческого решения.

6.8. Выявить и исключить ложные требования, предъявляемые к техническому решению.

6.9. Уточнить, какие требования устанавливаются на выполне­ние аналогичной функции в ведущей отрасли техники.

6.10. Найти необходимые и выходные параметры.

6.11. Определить достаточность входных параметров.

6.12. Установить возможные вариации входных и выходных параметров.

6.13. Определить параметры объекта, которые заведомо нельзя менять при решении задачи.

6.14. Определить предельные параметры объекта с учетом «по­правки на время».

6.15. Найти значения параметров объекта во времени.

6.16. Выявить характер влияния воздействующих факторов на параметры объекта.

6.17. Определить параметры объекта, на которые оказывают решающее влияние воздействующие на объект факторы.

6.18. Определить, какие выходные параметры порождает каж­дый входной параметр объекта.

6.19. Определить качественное и количественное соотношение между входными и выходными параметрами объекта.

6.20. Выразить соотношения параметров объекта в виде форму­лы (уравнения), отражающей функциональную связь и взаимо­влияние элементов объекта.

6.21. Произвести взаимосвязанное преобразование входных и выходных параметров.

6.22. Рассмотреть входные параметры объекта как выходные смежного объекта.

6.23. Рассмотреть выходные параметры объекта как входные смежного объекта.

Этап Е7

7.1. Сформулировать задачу в наиболее общем виде.

7.2. Сформулировать задачу с учетом ограничений.

7.3. Сформулировать задачу после ее видоизменения, преобра­зования, модификации.

7.4. Сформулировать задачу с разных позиций, специально­стей и т. п.

7.5. Сформулировать в двух фразах условия задачи, не исполь­зуя специальных терминов и не указывая, что нужно придумать, найти, создать. 1. Дана система (указать главные взаимосвязанные элементы технической системы). 2. Элемент (указать) при условии (указать) дает нежелательный эффект (указать).

7.6. Сформулировать задачу, используя подходящие ключевые термины, символы и т. д.

7.7. Сформулировать задачу схематически.

7.8. Сформулировать задачу, введя вместо специальных терми­нов новые элементы, связанные определенными соотношениями.

7.9. Сформулировать задачу, обеспечив выполнение наибольше­го количества функций.

7.10. Сформулировать задачу, обеспечив оптимальное выполне­ние глазной функции.

7.11. Сформулировать задачу в граничных условиях.

7.12. Сформулировать задачу так, как она понимается.

7.13. Сформулировать задачу применительно к эпохе доисто­рической техники.

7.14. Сформулировать задачу применительно к технике недале­кого прошлого.

7.15. Сформулировать задачу применительно к технике буду­щего.

7.16. Сформулировать задачу так, как формулируются анало­гичные задачи в других отраслях техники.

7.17. Проверить, приняты ли во внимание при формулировке задачи все существенные понятия, содержащиеся в ней.

7.18. Проверить, не является ли формулировка задачи ее реше­нием.

Этап Е8

8.1. Сформулировать реальный конечный результат.

8.2. Изобразить реальный конечный результат графически, сим­волически и т. п.

8.3. Сформулировать, выполнение каких (качественных или ко­личественных) показателей для данного объекта является идеаль­ным.

8.4. Сформулировать ИКР на основе рассмотрения взаимно-исключающих пар показателей технической системы.

8.5. Сформулировать ИКР по следующей форме: а) элемент (указать элемент технической системы, в наибольшей степени под­дающийся изменениям); б) что делает (указать); в) как делает (сам); г) когда делает (до начала события, в момент события или после него); д) при каких обязательных условиях, ограничениях, требованиях.

8.6. Изобразить ИКР графически.

8.7. Сделать два условных рисунка технической системы, со­держащих все ее основные элементы: «было» и «стало» (ИКР).

Этап Е9

9.1. Выявить основные причины возникновения недостатков (нежелательных свойств) объекта, содержащихся в списке (п. 1.7). Использовать массив М5.

9.2. Подразделить причины на внешние и внутренние.

9.3. Рассмотреть каждый недостаток и причины, его вызываю­щие, в отдельности.

9.4. Определить, какой другой недостаток может быть вызван этой же причиной.

9.5. Определить, какая другая причина могла бы вызвать такой же недостаток.

9.6. Сформулировать технические противоречия.

9.7. Определить главное техническое противоречие.

9.8. Сформулировать физические противоречия.

Этап Е10

10.1. Выбрать поисковые процедуры. Использовать массив М7.

10.2. Выбрать эвристические приемы. Использовать массив М6.

Этап E11

11.1. Выполнить требования выбранных поисковых процедур.

11.2. Выполнить требования выбранных эвристических приемов.

11.3. Записать или изобразить графически возникшие идеи.

Этап Е12

12.1. Произвести анализ идей.

12.2. Применить идею не в заданное время.

12.3. Применить идею не в заданном темпе.

12.4. Применить идею не к объекту, а к системе, в которую он входит.

12.5. Применить идею не к объекту, а к подсистемам, которые он включает.

12.6. Если идея оставляет впечатление полезной, следует рас­смотреть ее подробнее.

12.7. Если окажется, что на имеющуюся идею можно опереть­ся, нужно проверить, как далеко можно продвинуться при ее по­мощи.

12.8. Определить возможность комбинации идей.

12.9. Проверить физическую и техническую осуществимость идей. Использовать массивы МЗ и М4.

12.10. Проверить, какие из идей соответствуют основным предъ­являемым требованиям к искомому техническому решению. Соста­вить описок. Использовать список требований, предъявляемых к искомому техническому решению (п. 6.5).

12.11. Произвести развитие и упрощение идей.

12.12. Представить идеи в виде технических решений.

Этап Е13

13.1. Произвести классификацию вариантов технических реше­ний по функциональному назначению, по конструктивным призна­кам, по технологическим признакам, по принципу действия, по внешнему виду и по другим признакам.

13..2. Установить область приемлемых технических решений.

13.3. Выбрать критерии оценки вариантов ТР. Использовать список требований, предъявляемых к искомому техническому реше­нию (п. 6.5).

13.4. Проверить, нет ли критерия, характеризующего свойства только одного варианта.

13.5. Исключить ложные ограничения.

13.6. Перечислить ТР, которые связаны с изменением рабочих условий процесса без каких-либо затрат.

13.7. Перечислить ТР, которые могут потребовать минимально­го изменения в объектах, работающих совместно с данным.

13.8. Перечислить ТР, которые могут потребовать значительного изменения в объектах, работающих совместно с данным.

13.9. Забраковать варианты, которые находятся в прямом про­тиворечии с требованиями задачи. Использовать список требований, предъявляемых к искомому техническому решению (п. 6.5).

13.10. Сделать необходимые вычисления.

13.11. Выбрать тип модели и осуществить ее построение.

13.12. Выбрать рациональные варианты технических решений.

13.13. Составить список оцениваемых вариантов технических решений.

Этап Е14

14.1. Выбрать критерии оценки вариантов ТР. Использовать список требований, предъявляемых к искомому техническому ре­шению (п. 6.5).

14.2. Проверить, нет ли критерия, характеризующего свойства только одного варианта.

14.3. Произвести сопоставительный анализ вариантов техниче­ских решений. Использовать массив М8.

14.4. Выбрать наиболее рациональный вариант технического ре­шения.

14.5. Проверить, как выбранный вариант технического решения удовлетворяет поставленным перед ним требованиям. Использовать список требований, предъявляемых к искомому техническому реше­нию (п. 6.5).

14.6. Провести эксперимент.

14.7. Выбрать тип модели ТР и осуществить ее построение.

14.8. Выбрать основной, определяющий эксперимент.

14.9. Выполнить эксперимент.

14.10. Произвести анализ результатов эксперимента.

14.11. Выявить взаимосвязь результатов эксперимента с постав­ленной задачей.

14.12. Оценить степень соответствия между фактическими свой­ствами варианта и требуемыми свойствами. Использовать список требований, предъявляемых к искомому техническому решению (п. 6.5).

14.13. Определить основные причины, мешающие достижению ИКР.

14.14. Составить принципиальную схему технического решения.

14.15. Составить блок-схему технического решения.

Этап Е15

15.1. Рассмотреть ТР с различных сторон.

15.2. Установить, что ухудшается, усложняется, удорожается при использовании найденного технического решения.

15.3. Установить, можно ли видоизменением технического реше­ния предотвратить это ухудшение.

15.4. Перечислить все возможности улучшения найденного тех­нического решения. Использовать массив М6.

15.5. Определить взаимоотношение между структурой и пара­метрами технического решения.

15.6. Предусмотреть резервы развития и последовательного со­вершенствования технического решения.

15.7. Усовершенствовать ТР в целом. Использовать массив М6.

15.8. Рассмотреть громоздкие части, упростить их. Использо­вать массив Мб.

15.9. Рассмотреть детали технического решения, упростить их использовать массив М6.

15.10. Проверить техническое решение и его элементы на техно­логичность. Использовать массив M1.

15.11. Нарисовать схему видоизмененного технического решения.

15.12. Установить, что ухудшается, усложняется, удорожается после видоизменения технического решения.

15.13. Проверить, что больше: выигрыш или проигрыш, и по­чему?

15.14. Установить, как меняется устройство в течение одного рабочего цикла.

15.15. Установить, как меняется устройство после многих цик­лов.

15.16. Определить, как должна быть изменена надсистема, в ко­торую входит измененная система, данная по условиям задачи.

15.17. Проверить возможные изменения в объектах, работаю­щих совместно с данным.

Этап Е16

16.1. Определить, в чем будет выражаться эффект от исполь­зования технического решения.

16.2. Выявить возможную величину эффекта от использования технического решения.

16.3. Определить перспективность технического решения.

16.4. Выявить возможности и особенности внедрения техниче­ского решения.

16.5. Определить область применения технического решения (техническую, графическую).

16.6. Проверить техническое решение на патентоспособность. Использовать массив М4.

Этап Е17

17.1. Проверить, может ли полученное техническое решение применяться по-новому.

17.2. Сформулировать принцип, использованный в техническом решении.

17.3. Проверить применимость сформулированного принципа к другим задачам.

17.4. Выявить метод, который привел к получению нового тех­нического решения.

17.5. Найти в методе главное.

17.6. Проверить применимость выявленного метода к другим задачам.