Теория и практика решения технических задач: Учебное пособие - Ревенков А.В., Резчикова Е.В.

Автор: Ревенков А.В. Резчикова Е.В.

Теги: организация производственного процесса производственное планирование управление качеством кибернетика машиностроение приборостроение учебное пособие изобретательство технические вопросы

ISBN: 978-5-91134-190-9

Год: 2008

Похожие

Комплексный метод поиска решений технических проблем

Технологическая оснастка машиностроительных производств: Учебное пособие. Альбом. Часть I

Решение учебных задач по ТРИЗ-Изд-во Чувашского университета

Основы технической диагностики: Учебное пособие для студентов вузов ж-д. транспорта

Текст

А. В. Ревенков, Е. В. Резникова
ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА
РЕШЕНИЯ ТЕХНИЧЕСКИХ ЗАДАЧ
Допущено Методическим объединением вузов по университетскому
политехническому образованию в качестве учебного пособия
для студентов высших технических учебных заведений
gjj МОСКВА
20рум 2008

УДК 658.512.2(075.8)
ББК 32.81
Р32
Рецензенты:
кандидат технических наук, доктор педагогических наук, профессор,
декан факультета «Ракетно-космическая техника»
МГТУ им. Н. Э. Баумана А. А. Дорофеев;
кандидат физико-математических наук, заместитель заведующего
кафедрой «Инженерная педагогика» Московского автомобильно-дорожного
института (Государственного технического университета) 3. С. Сазонова;
заместитель генерального конструктора — Главный конструктор
ОКБ ФГУП «НПО им. С. А. Лавочкина» А. А. Моишеев
Ревенков А, В., Резникова Е. В.
Р32 Теория и практика решения технических задач: учеб. пособие. — М.:
ФОРУМ, 2008. — 384 с: ил. — (Высшее образование).
ISBN 978-5-91134-190-9
Изложены общие приемы, модели и методы решения задач, которые могут
применяться в различных предметных областях. Дано описание сущности методов,
используемые модели, рекомендации по их применению и примеры решения задач из
различных областей техники. В книге нашли отражение наиболее важные наработки
современной теории решения изобретательских задач (ТРИЗ). В большинстве случаев
приводится аргументация эвристичности предлагаемых приемов и методов.
Особое внимание уделено способам активизации мышления при генерировании
идей, анализу проблем и особенностям постановки задач, а также приемам решения
задач, основанным на системном подходе, принципах строения и функционирования,
и закономерностях развития технических систем.
Для студентов инженерных специальностей машиностроительного и
приборостроительного профиля. Книга также может быть полезна инженерам различных отраслей
промышленности.
УДК 658.512.2(075.8)
ББК 32.81
© А. В. Ревенков, Е. В. Резчикова, 2008
ISBN 978-5-91134-190-9 © Издательство «ФОРУМ», 2008

Список основных сокращений
впи -
ЗРТС -
ид
ИКР -
ИТР -
КТР -
КФС -
ммч -
ммя -
МОК -
МПиО —
мт -
мя -
НС -
нэ -
ов -
03 -
оп -
ОУ -
ОФ -
пкд -
пкп -
пп -
ПС -
ПФС -
пэ -
PBC -
РО -
вектор психологической инерции
законы развития технических систем
исходные данные
идеальный конечный результат
идеальное техническое решение
конструкторско-технологическое решение
конструктивная функциональная схема
моделирование маленькими человечками
метод морфологического ящика
метод отрицания и конструирования
метод проб и ошибок
морфологическая таблица
морфологический ящик
надсистема
нежелательный эффект
оперативное время
оперативная зона
операционное противоречие
орган управления
основная функция
проблема как она дана
проблема как ее понимают
предметное противоречие
проблемная ситуация
потоковая функциональная схема
преобразователь энергии
оператор «размер — время — стоимость»
рабочий орган

4
Список основных сокращений
РЭС — радиоэлектронная система
СТП — социально-техническое противоречие
ТДВ — твердые дисперсные вещества
ТКИ — технологичность конструкции изделия
ТО — технический объект
ТР — техническое решение
Тр — трансмиссия
ТРИЗ — теория решения изобретательских задач
ТС — техническая система
ТФ — техническая функция
УЭ — упругий элемент
ФО — физическая операция
ФПД — физический принцип действия
ФТЭ — физико-технический эффект
NC — нормативная система

Предисловие
В современном мире ведущие позиции занимают те государства, в
которых целенаправленно стимулируется развитие инновационного
потенциала на базе самых современных научно-технических достижений.
Однако невозможно создавать инновационные технологии без
построения индустрии генерации новых идей, без интеллектуальной
промышленной собственности.
Решение этих задач может обеспечить принципиально новый
подход к инженерной деятельности, расширить влияние новейших
достижений на экономику и создать условия для принятия стратегических
концептуальных решений в области техники.
Владение методами поиска новых технических решений дает
возможность наметить стратегические цели развития отраслей техники,
так как эти методы обладают предсказательной силой и позволяют
прогнозировать тенденции научно-технического прогресса.
Отсутствие учебных пособий, в которых достаточно полно
излагались бы методологические аспекты поиска решений, существенно
сдерживают широкое внедрение последних достижений в этой области в
учебные планы вузов.
Предлагаемое учебное пособие является результатом опыта
многолетнего преподавания авторами изложенных материалов в Московском
авиационном институте (Государственный технический университет) «МАИ»,
МГТУ им. Н. Э. Баумана и в Московском государственном агроинженер-
ном университете им. В. П. Горячкина.
В книге обобщены исследования многих авторов по приемам и
методам решения задач. В первую очередь следует отметить работы
Г. С. Альтшуллера, А. Б. Селюцкого, Б. Л. Злотина, А. И. Половинкина
по приемам и методам поиска решений технических задач, Д. Пойа по
приемам решения задач по математике и других авторов.
Г. С. Альтшуллер в своих работах вскрыл фундаментальный пласт
новых идей под общим названием «Теория решения изобретательских
задач» (ТРИЗ). Однако следует заметить, что наука эта молодая, многие
затронутые в ней проблемы только очерчены и еще не полностью
проработаны. Поэтому данная область знаний нуждается в дальнейшем
исследовании и развитии, что отмечал и сам автор ТРИЗ.
Основная задача курса — обеспечить эпистемологический подход к
обучению, показать не только результат, но и процесс получения
знаний. Поэтому в учебном пособии представлены как рациональные, ло-

б
Предисловие
гические методы поиска, так и методы, основанные на образном
мышлении, интуиции, на механизмах подсознания.
Книга построена по следующим принципам: от общих
теоретических положений к частным; от изучения простых приемов к сложным.
Авторы также старались придерживаться принципа востребованности
изложенного материала в последующих главах.
Учебное пособие состоит из двух разделов.
В первом разделе, который состоит из четырех глав,
рассматриваются общие приемы поиска решений, которые могут с успехом
применяться для решения задач в самых различных областях.
В 1-й главе изложены некоторые причины, препятствующие
решению поставленной задачи.
Во 2-й и 3-ей главах приводятся приемы, активизирующие левопо-
лушарное мышление при решении задачи. Особое положение занимает
3-я глава, в которой излагается сущность системного подхода и
показаны приемы решения задач, основанные на изменении системных
свойств объектов, описанных в условии задачи. На примерах
демонстрируется использование этих приемов для решения учебных задач по
математике и физике.
4-я глава посвящена применению операторов синектики, которые
позволяют активизировать правополушарное, образное мышление при
поиске решения, что способствует не только получению сильных
решений, но развивает творческое, креативное мышление.
Второй раздел посвящен приемам, моделям и методам,
применяемым для решения технических задач.
В 5-й главе приводятся основополагающие положения системного
анализа технических объектов и применяемые модели, на которых
базируется весь последующий материал учебного пособия.
6-я глава вводит читателя в область вещественно-полевого анализа,
предлагает целый набор понятий, опора на которые позволяет
организовать целенаправленный поиск решения технической задачи. Здесь же
даются некоторые методические рекомендации по поиску
физико-технических эффектов и синтезу физического принципа действия
создаваемого технического объекта, а также использованию ресурсов
пространства и времени.
7-я глава знакомит читателя с наиболее общими принципами
строения, функционирования и закономерностями развития технических
систем, знание которых дает хорошие ориентиры в выборе
направлений совершенствования технических объектов. Большое количество
иллюстрирующих примеров из различных областей техники расширяет
кругозор читателя.
В 8-й главе разобраны виды противоречий, которые встречаются
при решении технических задач, предложены приемы их разрешения,
на примерах показана методика применения этих приемов при
решении технических задач.

Предисловие
7
9-я глава посвящена функциональному анализу технических
объектов, — одному из важнейших и обязательных этапов создания и
совершенствования технических объектов, от которого во многом зависит
четкость формулировки поставленной задачи и пути ее решения.
10-я глава посвящена морфологическому исследованию
технических систем, — метода, позволяющего наметить спектр направлений
решения задачи и получить в компактном, обозримом виде «поле»
возможных вариантов создаваемого технического объекта.
В 11-й главе рассматриваются особенности решения задач синтеза и
исследовательских задач, даются общие методические рекомендации по
анализу проблемы и постановке задачи. Рассмотрена также задача
поиска нежелательных эффектов в конструкциях и технологиях. Даны
рекомендации по возможным подходам к решению технических задач и
описание некоторых программных продуктов, предназначенных для
поддержки интеллектуальной инженерной деятельности.
В приложении приводятся некоторые положения из логики,
необходимые для более глубокого понимания рассмотренных приемов и
методов решения задач, справочные материалы к некоторым главам,
пояснения по терминологии, принятой в учебном пособии,
дополнительные примеры. Здесь также даются рекомендации по организации
учебного процесса, примерный перечень заданий для
самостоятельной работы, содержание курсовой работы (проекта), список основной
и дополнительной литературы.
В представленной работе использованы материалы по логическим
основам мышления, психологии творчества, приемам и методам
решения задач.
Владение методом важнее знаний, которые можно найти в
справочной литературе. Поэтому авторы надеются, что учебная дисциплина,
направленная на методологическую подготовку студентов, со временем
займет соответствующее место в государственных образовательных
стандартах высшего профессионального образования для
машиностроительных и приборостроительных специальностей.
Авторы выражают глубокую признательность мастеру ТРИЗ к. т. н.,
доц. А. И. Гасанову, руководителю центра практического
изобретательства мастеру ТРИЗ А. В. Кудрявцеву за критические замечания и
полезные рекомендации, которые были учтены при подготовке рукописи, а
также к. т. н., д. пед. наук, профессору, А. А. Дорофееву за ценные
предложения по содержанию рукописи.
Авторы очень хотят, чтобы эта книга помогла читателям повысить
свои интеллектуальные возможности и реализовать на практике свои
самые дерзкие творческие планы.
Авторы просят отзывы и пожелания направлять по адресам ФПКП
[fpkp_post@mail.ru] или triz_tool@mail.cnt.ru

Введение
В современном мире накопление технических знаний происходит с
колоссальной скоростью. Области техники приобретают все большую
специализацию. Создается впечатление, что связей между различными
отраслями практически нет. При этом каждая специальность создает
свой профессиональный язык, свои способы отображения достижений.
Выходом из этой ситуации может стать использование теории решения
изобретательских задач (ТРИЗ) и других методов поиска решений. Эти
методы создавались как надсистемные универсальные знания,
закономерности которых одинаково справедливы для любой области техники.
Одна из главных целей высшей школы — научить будущих
специалистов ставить и решать задачи в определенной предметной области.
Для этого студенты должны не только изучить профессиональную
предметную область, но и овладеть приемами и методами анализа
проблемы, постановки и решения задач. Все это определяет
профессиональный потенциал специалиста и его творческие возможности
изобретательно подходить к решению различных проблем.
Решение задачи — сложный и многогранный мыслительный
процесс, в котором важными составляющими являются, во-первых,
понимание задачи и, во-вторых, психологическая готовность к решению.
Последнее достигается уверенностью в своих силах, которая основана
на осознанном владении приемами и методами решения задач.
Любая наука представляет собой систему знаний, фиксированных
посредством различных знаковых комбинаций. Для этого материальные
объекты преобразуются в некоторые абстрактные сущности, для
обозначения которых используются абстрактные понятия, например:
структурная схема, система уравнений, электромагнитное поле, обратная
связь и т. д.
Эти абстрактные понятия используются человеком как категории
мышления. С их помощью в сознании людей формируются различные
модели, которые должны быть адекватны моделируемым объектам.
Поэтому в учебном пособии объектом изучения являются технические
системы, а предметом — свойства моделей, которые могут
использоваться при решении задач, и некоторые механизмы и свойства
человеческого мышления, проявляющиеся в процессе поиска решения. Для
освоения наиболее общих приемов решения задач в технической
области необходимо опираться как на закономерности и принципы строения

Введение
9
технических систем, и существующие принципы их проектирования,
так и на современные достижения наук, изучающих человеческое
мышление.
Известный математик Д. Пойа отмечал: «Едва ли автор учебника
дифференциального и интегрального исчисления или преподаватель
колледжа смогут оправдать свое назначение, если будут близко
следовать системе поваренной книги. Если обучать приемам работы без
доказательств, то такие немотивированные приемы поняты не будут.
Правила без их обоснований лишаются взаимной связи и быстро
забываются» [87].
Поэтому в предлагаемой книге приводится не только описание
моделей, приемов и методов поиска решений, но и сделана попытка дать
им некоторое логическое, психологическое или онтологическое
обоснование с позиций современных наук, изучающих как общие
принципы и закономерности построения технических объектов, так и
мыслительные процессы творческого поиска.
Знание теоретического основания приема (метода) способствует
лучшему пониманию и усвоению приема, т. е. превращению знаний в
умения и навыки, создает дополнительные ассоциативные связи в
системе знаний субъекта, которые помогают в поиске соответствующего
приема для решения конкретной задачи.
Теоретическое основание приема — это более высокая ступень
абстракции, нежели сам прием, поэтому именно оно помогает
«сработать» аналогии, т. е. увидеть то общее, что объединяет задачи (по
методу решения) в различных предметных областях, позволяет быстро
выйти на прием, метод решения, которые приведут к успеху.
Немецкий педагог XIX в. Адольф Дистиверг сказал: «Развитие и
образование ни одному человеку не могут быть даны или сообщены.
Всякий, кто желает к ним приобщиться, должен достигнуть этого
собственной деятельностью, собственными силами, собственным напряжением.
Извне он может получить только возбуждение... Поэтому
самодеятельность — средство и одновременно результат образования».
Приведенные в работе приемы и методы поиска решений следует
рассматривать, прежде всего, как интеллектуальный ресурс,
повышающий креативный потенциал специалиста, позволяющий ему получать
инженерные решения высокого творческого уровня с минимальными
издержками.
В настоящее время ставить задачи и принимать творческие решения
может только человек. Поэтому очень важно обучить инженера,
специалиста применять на практике эти методы в своей предметной
области.
Попытки сознательного применения этих приемов, стремление
увидеть их в методах решения задач той или иной предметной области будут
способствовать тому (и авторы надеются на это), что эти приемы войдут
в арсенал умений вдумчивого читателя.

10
Введение
Для того чтобы научиться решать задачи весьма важно не только
постоянно практиковаться в этом (как говорят, «набить руку»), но и
пополнять свои знания по методам поиска решений. При этом у
человека вырабатывается уверенность в своих силах, формируется
убеждение, что любую задачу так или иначе можно решить, т. е.
психологическая готовность к решению задач.
Овладение навыками творческих стратегий позволит специалисту
выявить новые невиданные ранее ресурсы, разработать уникальные
технологии и конструкции. При этом творческая работа даст
возможность человеку полнее раскрыть свои способности.

Раздел 1
ОБЩИЕ ПРИЕМЫ ПОИСКА РЕШЕНИЙ
1. АНАЛИЗ ПРОБЛЕМЫ
Часто при решении задачи используют традиционный метод проб и
ошибок (МПиО). Существенным недостатком этого метода (рис. 1.1)
является, во-первых, то, что каждая неудачная попытка мало
приближает к цели, ибо, обнаруживая бесперспективность выбранного
направления, она часто не позволяет определить каким же способом и в
каком направлении нужно искать решение.
Во-вторых, получив приемлемый результат, нельзя быть уверенным,
что это наилучший из всех возможных.
В-третьих, решить задачу с ходу и при этом получить сильное
решение часто мешает «вектор психологической инерции» (ВПИ).
Психологическая инерция — упорное стремление человека решать
задачу традиционным хорошо известным ему способом, искать решение
в заранее выбранном направлении. Весьма часто оказывается, что для
конкретного случая это направление выбрано неудачно.
В 60-х гг. XX в. феномен психологической инерции исследовался
известным советским ученым Д. И. Узнадзе, который дал ей
теоретическое обоснование. Суть разработанной им теории заключается в том,
Рис. 1.1. Модель решения задачи методом проб и ошибок

12
Раздел 1. Общие приемы поиска решений
что всеми действиями человека руководит не только сознание, но и
некоторые подсознательные установки, выработанные в процессе
предыдущего опыта. Эти установки не осознаются человеком, но оказывают
существенное влияние на способ принятия решений в любой момент
времени.
Конструктор, встретившись с технической задачей, в поиске путей
ее решения сначала опирается на свой опыт, на имеющиеся у него
бессознательные установки, выработанные как в процессе обучения, так и
практической деятельности. В стандартных ситуациях сложившиеся
установки очень полезны так как значительно экономят ресурсы при
решении задачи, позволяя не раздумывать над каждым элементарным
действием, выбором каждой шайбы, винтика или проводника и весьма
часто позволяют принимать правильные решения. Однако эти же
установки оказывают плохую услугу, когда нужно найти качественно иное,
новое решение задачи. Они по-прежнему подталкивают человека к
использованию трафаретных, известных способов и средств. Человек при
этом не осознает, что он действует под влиянием сложившихся ранее
установок. Психологические установки часто приводят к выбору далеко
не лучшего способа поиска решения, к усложнению процесса решения,
увеличению времени и сил на решение задачи, сдерживают творческий
поиск при решении задачи, способствует получению плохого решения.
Приведем примеры некоторых установок.
Одну из установок можно сформулировать следующим образом:
должно быть так ..., а этого не может быть, потому что... и далее, как
правило, приводится обоснование почему этого не может быть,
например, ошибочности или бесполезности рассматриваемой идеи,
невозможности ее реализации. При этом часто подсознательно человек
опирается на какую-нибудь естественно-научную теорию или авторитеты.
В конце XVIII в. Парижская академия специальным решением
постановила не принимать сообщений «о камнях, падающих с неба»
(метеоритах). В постановлении указывалось, что камни падать с неба не
могут, ибо тверди небесной не существует. Выдающийся ученый А.
Лавуазье тоже это подписал.
Французский астроном, физик и политический деятель Д. Араго
выступал против сооружения железных дорог, и его поддержали многие
английские коллеги, мотивируя тем, что при большой скорости колеса
будут скользить по рельсам [111].
Французский астроном XIX в. Ж. Лаланд, немецкий изобретатель
Э. Сименс полагали невозможным создание летательных аппаратов
тяжелее воздуха. Г. Гельмгольц в 70-х гг. XIX в. пришел к выводу о
бесперспективности полетов механических систем. Все они ссылались на
законы природы.
Еще одна установка, оказывающая сильное влияние на принятие
решений, может быть коротко сформулирована в следующем виде: так
считают авторитеты.

1. Анализ проблемы
13
Ссылки на мнение авторитетов редко высказываются вслух, но
их мнение часто оказывает решающее влияние на бессознательном
уровне.
Формировать установки может не только авторитет одного
человека, но и коллективное мнение. Поэтому часто встречается обоснование
решения в виде выражения: так считают все.
Психологические установки: «этот объект имеет ограниченное
применение», а также «принцип работы объекта всегда был такой» также
сильно мешают развитию технического прогресса.
В свое время одна только Парижская академия наук сумела
объявить пароход, изобретенный Р. Фултоном, утопией из-за установки на
применение парусных судов, отвергнуть противооспенную прививку
Э. Дженнера, а Ф. Месмера, осуществившего первые опыты гипноза,
заклеймила как шарлатана.
Наполеон, который поддержал отказ академии по поводу первого
парохода, позднее пожалел об этом. Будучи уже пленником англичан, он
плыл в изгнание на остров Святой Елены на парусном судне, и их
обогнал пароход. Тогда он сказал: «Прогнав Фултона, я потерял корону».
В начале XIX в. английские научные круги и Парижская академия
медицинских наук оказывали упорное сопротивление внедрению
наркоза в практику врачевания. Английский врач Г. Гикмен безуспешно
просил разрешения применить для обезболивания при операциях
закись азота, которую он испытал на животных и на себе. Более 40 лет
добивались передовые врачи ряда стран права использовать наркоз в
медицине. В России Н. Пирогов тоже встретил немалые препятствия
применению наркоза в хирургии [111].
В свое время Лондонское Королевское общество, выполняющее, по
существу, функции Английской академии наук, неприязненно
встретило первые сведения об эволюционном учении Ч. Дарвина;
провозгласило бесполезным изобретение лампочки Т. Эдисона; отклонило, как
нелепое, сообщение о состоявшейся уже проверке эффективности
громоотвода.
Даже через 100 лет после выхода основного труда Н. Коперника
«Об обращении земных сфер» гелиоцентрическая система все еще не
была включена в курсы астрономии западноевропейских
университетов. Преподавалась геоцентрическая модель по Птолемею.
А. К. Сухотин отмечает: «Конечно, ученый должен хорошо знать
добытые другими результаты, но слишком упорные старания приносят
эрудицию, а хорошая эрудиция невольно толкает к тому, чтобы искать
спасение в готовых рецептах...
Издержки эрудиции особенно внушительны, когда исследователь,
хорошо владеющий методами и законами науки, не находит готового
ответа на вопрос. В этом случае специалист просто объявляет, что задача
неразрешима, и даже не пытается ее решать. Дилетант же не знает этого
и потому, стремясь найти ответ, часто приходит к открытию» [111].

14
Раздел 1. Общие приемы поиска решений
Известен такой афоризм: «Все знают, что это невозможно. Но
приходит один чудак, который этого не знает и делает открытие». Этот
чудак — специалист в другой предметной области, а в этой — он
дилетант. Он не отягощен тем самым В ПИ, который мешает специалисту
подойти нетрадиционно к проблеме и найти оригинальное ее решение.
Итальянский радиотехник и предприниматель Г. Маркони, вслед за
русским физиком А. Поповым, осуществил передачу радиосигнала. Он
провел серию опытов по передаче и приему радиосигналов на большие
расстояния. Он считал, что при достаточно мощном передатчике и
чувствительном приемнике можно осуществить передачу сигнала через
Атлантический океан.
Против Г. Маркони выступили специалисты. Всем известно, что
радиоволны распространяются прямолинейно. Поэтому они не смогут
обогнуть Землю. Г. Маркони просто отмахнулся от них. И ему удалось
в 1897 г. осуществить свою идею.
Если бы Г. Маркони фундаментально знал законы распространения
радиоволн, он не ставил бы перед собой такую задачу. В то время
никто не догадывался о существовании особого слоя атмосферы —
ионосферы, которая отражает радиоволны.
Часто ВПИ незримо присутствует в формулировке задачи. Но
может быть и так, что сложившаяся ситуация, обстановка формирует
ВПИ.
Пример 1.1. Оценка качества электродов.
Высококвалифицированным сварщикам раздали несколько электродов для сварки,
снабженных этикетками различных фирм, и попросили оценить их качество.
На самом деле они были одинаковые. Каждый сварщик получил по
шесть электродов. Пятеро не только указали, какие электроды лучше,
но и объяснили почему. И только один усомнился: «Возможно, я
ничего не понимаю, сказал он, но я не вижу между ними никакой
разницы» [111].
Нередко встречаются ситуации, когда руководитель дает задание
подчиненному и при этом указывает в каком направлении искать
решение. Тем самым он задает ему ВПИ, сужает область поиска решения,
сдерживает его инициативу.
В процессе поиска решения технической задачи человек почти
всегда находится под воздействием ВПИ. Это связано с тем, что на
мыслительные процессы существенным образом влияют окружающие
условия, которые диктуют определенные требования и ограничения,
накладываемые на допустимые решения.
Действуя на подсознательном уровне, ВПИ сдерживает фантазию и
творческий поиск в процессе решения задачи.
Приступая к решению любой задачи, очень важно научиться
смотреть на задачу через приемы, а не искать решение МПиО (см. рис. 1.1).

1. Анализ проблемы
15
Взгляд через приемы позволяет, во-первых, избавиться от ВПИ,
а во-вторых, перебор приемов произвести значительно легче, чем
подыскивать какие-либо варианты решений. Приемов существенно
меньше, чем возможных вариантов решений. Приемы известны, а решения
еще нужно получить, разработать. Убедиться, что тот или иной прием
не подходит к данной задаче, значительно проще и быстрее, чем
традиционным МПиО искать решение не в том направлении, и убедиться
в этом только тогда, когда вплотную подошли к неприемлемому
результату.
Однако если человек владеет многими приемами решения задач, то
это приводит к тому, что МПиО по поиску решений, заменяется МПиО
по поиску самих приемов. Попытка использования приема, который
неуместен для решения конкретной задачи это тот же МПиО. Поэтому
для того, чтобы можно было сразу выбрать нужный прием, нужно иметь
какие-то основания. Сопоставляя логические или психологические
основания приемов решения задач с особенностью самой задачи, уже
можно наметить подходящий прием. Именно знание теоретического
обоснования того или иного приема часто создает ассоциативную связь,
позволяющую использовать его для решения конкретной задачи.
В литературе можно найти большое количество приемов решения
задач, выявленных многолетней практикой специалистов. Знание
некоторых теоретических оснований приемов поиска решений позволит не
тратить время на МПиО при выборе подходящего приема к конкретной
задаче, а сам поиск приемов сделать целенаправленным.
Следует подчеркнуть еще один важный момент — чем в более
общих терминах сформулирован сам прием, тем большую область
применения он может найти, позволяя человеку дать ему соответствующую
трактовку для применения в той или иной предметной области, лучше
приспособить к своему стилю мышления.
Обычно в исходных данных (ИД) заданы некоторые объекты,
которые обладают определенными свойствами. Проблема как правило
заключается в том, чтобы понять, как использовать эти свойства для
получения требуемого результата.
Решение любой задачи начинается с анализа и сопоставления
признаков объектов, описанных в ИД, и требуемого результата. На этом
этапе проблема заключается в том, чтобы из условия задачи выявить
свойства, существенные и необходимые для получения решения. Одна
из причин, которая препятствует формированию плана решения
задачи, заключается в том, что выявленные свойства не позволяют
получить требуемый результат (рис. 1.2, а). Если такие свойства удается
вскрыть, то это позволяет наметить план решения задачи (рис. 1.2, б).
Таким образом, для решения задачи нужно, во-первых, выявить
свойства, которыми обладают объекты, описанные в условии
задачи {Sa} и, во-вторых, найти способ состыковать имеющиеся в наличии
свойства {Яи} с потребными {Sn}. Это означает, что человек должен

16
Раздел 1. Общие приемы поиска решений
11
<С=
{Sn}
Результат
а
Рис. 1.2. Схема взаимосвязи имеющихся свойств {S^} и потребных свойств {5П}:
а — имеющиеся свойства не соответствуют потребным; б — выявленные свойства,
позволяющие получить требуемый результат
иметь в своем арсенале какие-то приемы как для осуществления
первой части процесса решения задачи — выявить свойства, так и
для завершения второй части — состыковать.
Любая задача решается, как правило, использованием не одного, а
сразу нескольких приемов. В основе этих приемов лежат типовые
операции мышления (см. приложение П5).
Вопросы для самопроверки
1. Перечислите основные недостатки МПиО.
2. С какими негативными установками может быть связан ВПИ?
3. Назовите способы борьбы с ВПИ.

2. ПРИЕМЫ, АКТИВИЗИРУЮЩИЕ МЫШЛЕНИЕ
ПРИ РЕШЕНИИ ЗАДАЧИ
Предлагаемые ниже приемы решения задач применяются в том
случае, если после уяснения смысла задачи на удается составить план ее
решения.
2.1. Преобразование условий задачи
Условия задачи состоят из описания ИД и задания — что нужно
сделать. Наиболее часто преобразование условий задачи заключается в
замене словесной формулировки задачи некоторой моделью (например,
в виде схемы, таблицы и др.), позволяющей выделить существенные
факторы, которые могут быть использованы для достижения желаемого
результата.
Одним из вариантов преобразования ИД является изменение формы
описания или представления объекта.
Пример 2.1. Изменение формы предметов, описанных в ИД. Как
измерить обычной линейкой диаметр тонкой проволоки?
Прием — изменить форму объекта. Надо плотно намотать
проволоку на палочку.
Или, например, сколько будет полторы трети от 84?
Достаточно представить эту задачу в другой форме:
3 1 1
£184 = ^84.
23 2
Отсюда видно, что полторы трети это - .
Если исходная формулировка задачи не позволяет наметить план ее
решения, то полезно составить несколько других формулировок. При
этом объекты и ситуации остаются те же, но каждая новая
формулировка раскрывает другие свойства этих объектов и характеризует их в
новом отношении. Это позволяет с разных позиций взглянуть на
задачу, увидеть аналогию с другими известными решенными задачами.
Для ряда задач эффективно применение обобщающей абстракции
(см. приложение П5). Для этого условия задачи записывают в более
общих терминах (категориях), что позволяет расширить область поиска

18
Раздел 1. Общие приемы поиска решений
возможных решений. Указанный прием также освобождает человека
от ВПИ, который весьма часто заложен в конкретной формулировке
задачи.
Оказывается, что решение более общей задачи проще, чем
конкретной. Поэтому Д. Пойа [87] предлагал сформулировать более общую
задачу.
Пример 2.2. Необходимо сделать отверстие в тонкой панели. Если
исполнитель ставит перед собой задачу просверлить отверстие, то он и
будет думать какое сверло выбрать и как сверлить. Если ставится задача
сделать отверстие, то сверление будет рассматриваться как один из
вариантов, наряду с другими возможными видами обработки, например,
пробить отверстие, прожечь, использовать электрофизические и
электрохимические способы.
Пример 2.3. Задача Г. Лейбницу. Лейбниц долго бился над задачей
проведения касательной к кривой в заданной точке. Нужно было найти
уравнение этой прямой. Задача из области строительной архитектуры
представлялась весьма частной, но никак не поддавалась решению.
Он стал решать другую более общую задачу. Было известно, что
касательную можно рассматривать как частный случай секущей, у
которой точки пересечения слились в одну. Провести же прямую через две
точки, расположенные на кривой, не трудно. В математическом смысле
это означает найти уравнение прямой, проходящей через две точки.
Однако решив эту задачу, касательную можно получить как
частный случай, путем сближения точек, когда расстояние между ними
уменьшается и, наконец, становится равным нулю.
Так было изобретено дифференциальное исчисление — мощный,
применимый во всех науках, метод. Определение касательной — лишь
эпизод в обширном классе проблем, которые могут быть решены с
помощью этого математического аппарата.
Пример 2.4. Задача о болезни вин. В 1854 г. виноделы французского
города Лилля обратились к знаменитому Л. Пастеру с проблемой
болезни вин. В течение нескольких лет ученый исследовал эту проблему и,
наконец, решил ее, создав теорию брожения. Он показал, что болезнь
вина это лишь одно из проявлений общего свойства — способа
жизнедеятельности микробов. Он не только выяснил причины брожения, но
и предложил способ обезвреживания микроорганизмов, который в его
честь назван пастеризацией.
Чтобы решить задачу, нужен метод, а метод обладает большим
эвристическим потенциалом, чем способ решения частной задачи. С
построением общей теории сразу разрешается большое количество
проблем, для каждой из которых пришлось бы искать свои частные
способы решения. Восхождение к абстрактно-общему обязывает расстаться с
массой подробностей, которые отвлекают мысль и мешают поиску
хорошего решения. «Когда конкретная задача осознается в качестве
общей, это открывает простор для привлечения широкого круга идей,

2. Приемы, активизирующие мышление при решении задачи
19
сближения разнообразных точек зрения, для синтеза разнородных
концепций и т. д.» [111].
Еще Паскаль предлагал заменить термины их определениями. Этот
прием получил название возвращение к определениям.
Заменяя термины определениями, решающий задачу раскрывает их
содержание, освобождаясь тем самым от давления специальных терминов.
При этом в определениях стараются раскрыть такие свойства
рассматриваемых объектов, которые позволили бы связать свойства объектов,
описанных в ИД, и требуемого результата (см. рис. 1.2, б).
Многие понятия (термины) могут иметь несколько определений, в
которых раскрываются существенные свойства определяемых объектов.
Это дает возможность рассмотреть задачу в различных аспектах, один
из которых позволит найти способ ее решения.
2.2. Инверсия
Процесс решения задачи можно представить как последовательное
преобразование ИД для получения требуемого результата.
При обычном прямом решении задачи (рис. 2.1, а) осуществляется
преобразование ИД до тех пор, пока не будет получен требуемый
результат (см. пример 2.1).
Прием инверсии (от лат. inversio — переворачивание, перестановка)
заключается в том, чтобы попытаться решать задачу не так как
подсказывает условие задачи, а наоборот — зайти с другой стороны. Этот
прием часто позволяет избавиться от ВПИ и найти простое решение.
Инверсное решение задачи может заключаться либо в изменении
направления процесса поиска решения, либо в инверсии постановки задачи.
Условия задачи:
1. Исходные данные
2. Задание
/
ИД1
ид2
ИД„_
Ч.
Требуемый \
результат J
Требуемый
результат
Условия задачи:
1. Исходные данные
2. Противоположное
задание
_^
ИД,
ИД2
ид„_г
Противоположный
результат
^Г
\
т
в ( Требуемый \
I результат J
Рис. 2.1. Сравнение прямого и инверсного подходов при решении задачи:
а — прямое решение задачи; б — инверсия хода решения задачи; в — инверсия
поставленной задачи

20
Раздел 1. Общие приемы поиска решений
Инверсия хода решения задачи заключается в том, что
рассуждения строятся не от ИД, а от результата (рис. 2.1, б), т. е.
требуемый результат преобразовывается до получения ИД.
Например, при решении дифференциальных уравнений этот прием
заключается в том, что задается вид функции «решение будем искать в
виде...» или при нахождении аппроксимирующей функции для
заданных табличных значений задается вид этой функции, а затем методом
наименьших квадратов определяются коэффициенты. Это
соответствует предпоследнему шагу (ИД„_1), показанному на рис. 2.1, б.
Иногда полезно решать задачу сразу с двух сторон одновременно.
Пример 2.5. Найти сумму всех чисел натурального ряда от 1 до 21.
Естественно стремление осуществлять сложение начиная с единицы,
но решать задачу «в лоб» утомительно. Некоторые пытаются
вспомнить формулу суммы ряда арифметической прогрессии. А
шестилетний Гаусс заметил общую закономерность 1 + 20 = 21; 2 + 19 = 21; ...;
10 + 11 = 21.
И таких сумм будет 10. Эту задачу можно быстро решить в уме:
21- 10 = 210.
Очевидно, что здесь используется прием одновременного
применения прямого и инверсного подхода к решению задачи.
Инверсия поставленной задачи заключается в том, что
решается не исходная задача, а другая, часто противоположная по смыслу.
Например, в математике часто используется доказательство от
противного. Для этого формулируется высказывание (утверждение),
противоречащее тому, что нужно доказать. Иногда доказать ложность
противоречащего высказывания оказывается легче, чем истинность того, что
требуется доказать.
При решении технических задач инверсия заключается в попытке
перевернуть устоявшиеся формы, привычные конструкции, сделать
наоборот, превратить вредное действие в полезное.
Можно сказать, что прием сделать наоборот воплотился при
создании вертолета. Вместо того, чтобы для создания подъемной силы
перемещать в воздухе самолет с неподвижно установленным на нем
крылом, было предложено дать движение крылу относительно
неподвижного фюзеляжа.
Пример 2.6. Способ борьбы с лесным пожаром. Развести новый
огонь, поджигать небольшие участки, устроить локальный пожар,
который находится под контролем. Встречный пожар. Дойдя до места
огненной преграды основной пожар остановится, так как гореть уже
больше нечему. Огонь побеждается огнем.
Прием инверсии приводит к изменениям в постановке задачи.
Методики совершенствования технических объектов, изложенные в
разд. 11.1 и 11.2, основаны на инверсии поставленной задачи.

2. Приемы, активизирующие мышление при решении задачи
21
Если ставится задача устранения выявленных недостатков в
конструкции или технологии, то одним из направлений поиска решения
может быть превратить вред в пользу. Например, при использовании
оптических волокон для средств связи столкнулись с такими
нежелательными эффектами, как чувствительность волокна (изменения его
свойств) к электрическому полю (эффект Керра), к магнитному полю
(эффект Фарадея), к вибрациям, температуре, давлению, деформациям
(например, к изгибу).
Прием превратить вред в пользу привел к разработке
волоконно-оптических первичных преобразователей (датчиков). Они позволяют
измерять многие величины, например, давление, температуру, расстояние,
положение в пространстве, скорость вращения, скорость линейного
перемещения, ускорение, колебания, массу, звуковые волны, уровень
жидкости, деформацию, коэффициент преломления, электрическое поле,
электрический ток, магнитное поле, концентрацию газа, дозу
радиационного излучения и т. д.
Приведенные примеры показывают практичность этих простых
приемов, которые часто используются при решении задач на
интуитивном уровне, спонтанно. Проблема заключается в том, чтобы научиться
применять их осознанно.
2.3. Прямая аналогия
Аналогия — слово греческого происхождения, которое имеет два
значения: 1) сходство в каком-либо отношении между предметами или
явлениями. Например, такое сходство можно наблюдать у звуковых и
электромагнитных волн: интерференция, законы отражения и
преломления; 2) умозаключение, в котором на основании сходства двух
предметов или явлений в каком-либо отношении делается вывод об их
сходстве в другом отношении.
При рассуждении по аналогии сопоставляются два объекта. На
основании их сходства в некоторых признаках, делается вывод об их
сходстве в других признаках. При таком рассуждении знания,
полученные при рассмотрении одного объекта, переносятся на другой менее
изученный объект.
Д. Пойа отводит аналогии весьма важную роль: «Аналогией
проникнуто все наше мышление; наша повседневная речь и тривиальные
умозаключения, язык художественных произведений и высшие
научные достижения. Степень аналогии может быть различной. Люди
часто применяют туманные, двусмысленные, неполные или не вполне
выясненные аналогии, но аналогия может достигнуть уровня
математической точности. Нам не следует пренебрегать никаким видом
аналогии, каждый из них может сыграть определенную роль в поисках
решения» [87].

22
Раздел 1. Общие приемы поиска решений
Выделяют четыре вида аналогий: прямая, личная,
фантастическая исимволическая. В этом разделе рассматривается только
прямая аналогия, а другие — в гл. 4.
Прямая аналогия предполагает сопоставление исследуемого или
проектируемого объекта с естественными или искусственно
созданными объектами этой же или другой области, а также решаемой задачи с
подобными задачами в рассматриваемой или другой предметной
области.
При этом активизируется целый ряд мыслительных процессов.
Припоминание — извлечение информации из долговременной
памяти.
Воспоминание — то же, но локализуемое во времени и в
пространстве.
Воображение — создание образов, соответствующих описанию
объекта. Воображение позволяет представить результаты труда до его
начала, тем самым, ориентируя человека в процессе деятельности. Оно
создает некоторые модели конечного продукта труда — результата, что
способствует его предметному воплощению.
Представление — образы предметов, сцен, событий, возникающие
на основе припоминания (путь пчелы) и продуктивного воображения
(путь паука). Преобразования представлений играют важную роль в
мыслительных процессах, особенно тех случаях, когда требуется новое
видение ситуации.
Применение прямой аналогии связано со свободным
ассоциативным поиском, основанным на родстве внешних форм, выполняемых
функций и процедур. В зависимости от способа сопоставления
различают аналогию: операций (функций, принципа действия),
строения, формы иотношений.
2.3.1. Аналогия операций
Аналогия операций является одной из наиболее распространенных
видов прямой аналогии. Она характеризует направленность мышления,
связанную со свободным ассоциативным поиском в области
материальных объектов выполняемых операций, принципов действия, функций,
а также способов решения задач. Поиск осуществляется, прежде всего,
в сторонних отраслях знаний, например, биологии, геологии,
астрономии. Еще У. Гордон [127] подметил, что биология — самая
продуктивная область для нахождения аналогий. Это подтвердилось фактом
создания новой науки на стыке биологии и техники — бионики.
Для поиска аналогий необходимо сначала определить, какие
операции (действия), функции должен выполнять объект, а потом искать, кто
или что в окружающем мире выполняет такие же или близкие операции.

2. Приемы, активизирующие мышление при решении задачи
23
Пример 2.7. Некоторые аналогии операций. Детская игрушка волчок
натолкнула изобретателя Э. Сперри на создание гироскопических
приборов для автоматического управления самолетом.
Г. Лейбниц уподобил процесс логического доказательства
вычислительным операциям в математике. Вычисление суммы или разности
чисел осуществляется на основе простых правил, принимающих во
внимание только форму чисел, а не их смысл. Лейбниц попытался
преобразовать умозаключения в вычисления по строгим правилам.
Примерно через два столетия эта аналогия между математическими и
логическими операциями привела к появлению новой науки —
математической логики.
В. Вестингауз долго бился над проблемой создания тормозов,
которые бы одновременно действовали по всей длине железнодорожного
состава (XIX в.). Случайно прочитав в журнале, что на строительстве
тоннеля в Швейцарии буровая установка приводится в действие
сжатым воздухом, передаваемым от компрессора с помощью длинного
шланга, Вестингауз увидел ключ к решению своей проблемы.
И. Мечников размышлял о том, как человеческий организм
борется с инфекцией. Однажды, наблюдая за прозрачными личинками
морской звезды, он бросил несколько шипов розы в их скопление;
личинки обнаружили эти шипы и «переварили» их. Мечников тут же связал
этот феномен с тем, что происходит с занозой, попавшей в палец
человека: занозу окружает гной, который растворяет и «переваривает»
инородное тело. Так родилась теория о наличии у животных организмов
защитного приспособления, заключающегося в захватывании и
«переваривании» особыми клетками — фагоцитами — посторонних частиц, в
том числе, микробов и остатков разрушенных клеток.
Когда потребовалось создать прибор, обнаруживающий
приближение шторма, то выяснилось, что в природе очень точно за 10... 15 ч
предугадывает шторм обыкновенная медуза. Исследования показали, что
медуза очень чувствительна к инфразвуковым волнам частотой 8...13 Гц.
Оказалось, что эти колебания являются предвестником надвигающегося
шторма. Таким образом была поставлена задача разработки прибора с
соответствующей чувствительностью, которая и была решена.
Устройство для движения в грунте было создано инженерами
после тщательного изучения «принципа работы» корабельного червя те-
редо, прокладывающего себе тоннель в бревне. Первые машины для
подземных работ отбрасывали грунт назад. Инженер А. Требелев
поместил крота в ящик с утрамбованной землей и просвечивал ящик
рентгеновскими лучами. Оказалось, что крот все время вертит
головой, вдавливая грунт в стенки туннеля, что явилось удачным
решением для создания искусственного крота.
В 1919 г. Н. Е. Жуковский в созданной им аэродинамической
лаборатории решил сразу две задачи — по борьбе со снежными заносами
для железнодорожного транспорта и с заиливанием рек, мешающим
речным судам. В аэродинамической лаборатории установили модели
снегозащитных щитов. В устье аэродинамической трубы насыпали
снег, и поток воздуха от вентилятора имитировал ту самую поземку,
что доставляла много хлопот путейцам. Измерялась скорость падения
снежинок в зависимости от их размеров.

24
Раздел 1. Общие приемы поиска решений
В отчете о выполненной работе было написано: «Благодаря тому,
что башня не отапливалась, а также непосредственно прилегающие
помещения имели температуру окружающего воздуха, никаких
восходящих потоков не было». Точность результатов обеспечивалась работой
на жестоком морозе. Н. Е. Жуковский в своем докладе «О снежных
заносах» сказал: «Кажется мне удалось открыть истинную причину
образования снежных заносов и засорения речного русла».
Как показывает практика, для того чтобы пришла подходящая
аналогия, нужно, чтобы сознание человека было постоянно погружено в
поставленную перед ним задачу, эта задача все время должна
находиться в подсознании, даже если он в это время занят другими проблемами.
2.3.2. Аналогия строения
Изобретатель А. М. Игнатьев, оцарапанный котенком, задумался:
почему когти кошки, зубы белки и зайца, клюв дятла постоянно
острые? Он пришел к выводу, что самозатачивание происходит благодаря
многослойной конструкции зубов: более твердые слои окружены более
мягкими. Этот принцип он воплотил в самозатачивающихся резцах.
Буровая коронка построена по образцу зубов вымерших ящеров,
многоярусные башни В. Г. Шухова по строению подобны стеблю
растений.
Пионеры воздухоплавания долго боролись с продольным изгибом
крыла самолета. В 1895 г. Ф. Шаню создал биплан с крыльями,
соединенными стойками — подкосами. Конструкция была похожа на
ажурный мост. Шаню был инженером-мостостроителем и увидел аналогию
между своим делом и проблемой укрепления крыльев аэроплана без
значительного их утяжеления.
2.3.3. Аналогия формы
Этот вид аналогии заключается в том, что вновь создаваемый
объект по внешнему виду делается подобным уже известному, свойства
которого желательно получить. Например, трехслойные конструкции с
сотовым заполнителем, радиаторы подобны пчелиным сотам. До
создания теоретических основ гидродинамики строители лодок и
кораблей для получения хороших ходовых качеств судов копировали форму
тела рыб.
Аналогизирование — это прием мышления, заключающийся в
умении находить сходство в непохожих на первый взгляд явлениях, умение
создавать дополнительные ассоциативные связи между различными
областями знаний, которые вводят в поле зрения специалиста богатый
спектр полезных аналогий.

2. Приемы, активизирующие мышление при решении задачи
25
2.3.4. Аналогия отношений
Еще в древности было замечено, что быть сходными по своим
свойствам могут не только предметы, но и отношения между ними.
Аналогии форм и строения относятся к аналогии свойств. При
аналогии отношений уподобляются друг другу отношения между
предметами. Сами же предметы, между которыми рассматриваются
отношения, могут быть совершенно различными.
Пример 2.8. Аналогия: модель атома. Легкие электроны движутся
по замкнутым траекториям вокруг атома подобно движению планет
вокруг солнца. В этой аналогии устанавливается не сходство самих
предметов, а отношений между ними. Отношение между ядром и
электронами во многом подобно отношению между солнцем и
планетами. На основании этого сходства, можно высказать предположение,
что электроны, как и планеты, движутся не по круговым, а по
эллиптическим траекториям [52]. Это умозаключение по аналогии
опирается уже не на сходство свойств предметов, а на сходство
отношений между совершенно разными предметами.
Аналогия отношений, освобожденная от груза «предметности»,
является более сильным средством, активизирующим мышление. Эта
аналогия позволяет сопоставлять между собой весьма отдаленные
предметы и находить черты сходства между ними.
А. А. Ивин отмечает: «Аналогия отношений, способная сопоставить
и сблизить все, что угодно, является мощным оружием человеческого
мышления, требующим, однако, особой осторожности и
рассудительности при его применении. В умелых руках такая аналогия может стать
средством глубоких, опережающих свое время прозрений или ярких
поэтических образов, заставляющих увидеть мир в новом свете и в
необычном ракурсе» [52].
2.4. Моделирование
В широком смысле модель — это любой образ, умозрительный или
материальный, замещающий рассматриваемый объект при его
изучении (см. приложение П5). Это может быть чертеж, конспект, график,
план, выкройка, таблица, макет, шаблон и т. д. Использование моделей
позволяет упростить рассматриваемый объект, выделить существенные
свойства, сделать его более обозримым и наглядным для изучения.
Любая модель представляет собой некоторое отображение объекта в
форме, отличной от формы его реального существования, и служит
средством, помогающим в объяснении или понимании происходящих
процессов и при решении задач.
Моделирование предполагает построение моделей проектируемых
объектов, исследование свойств создаваемого объекта на этих моделях

26
Раздел 1. Общие приемы поиска решений
для поиска технического решения. Объектом моделирования может
быть сама задача. Разработка модели задачи — один из приемов,
позволяющих сконцентрировать внимание на существенных сторонах
проблемы, отвлечься от несущественных свойств (признаков), которые
мешают поиску решения.
Любая модель ориентирована на проблему и отображает не все
свойства объекта, а только существенные для рассматриваемой задачи.
Исключение несущественных свойств (признаков) позволяет избавиться от
некоторой конкретики, описанной в условии задачи, и перейти к задаче
в более общей постановке. А как было показано в разд. 2.1, это быстрее
приводит к успеху.
В процессе работы могут разрабатываться самые различные модели.
Главное, чтобы они были информативны — позволяли выявлять
существенные свойства анализируемых объектов, и инструментальны —
активизировали мышление и позволяли бы продвигаться вперед в
решении задачи. Если разработанная модель не позволяет этого сделать,
значит, нужна другая, и ее нужно искать или создавать.
Процесс преобразования ИД можно рассматривать как один из
видов моделирования объектов, заданных в условии задачи. При этом
могут ставиться различные цели: упорядочить ИД (например, в виде
таблицы), глубже понять задачу и разобраться в рассматриваемых объектах,
выявить связи между ними, отразить существенные свойства
рассматриваемых объектов, сделать описание задачи более наглядным и легко
обозримым (например, изобразить задачу в виде схемы) и т. д.
Весьма интересную и оригинальную модель технического объекта
(ТО) предложил Г. С. Альтшуллер. Исследуемый объект представляется
в виде множества (толпы) маленьких деятельных человечков, которые
моделируют поведение системы. Он назвал это методом ММЧ
(моделирование маленькими человечками).
При моделировании важно, чтобы маленькие человечки видели,
понимали, могли действовать. Это ассоциируется с человеком. Поэтому
некоторые исследователи относят этот прием к эмпатии — вживанию в
образ. Например, представить себя на месте какого-либо компонента
технической системы (ТС), чтобы понять, какие воздействия он
воспринимает от других компонентов и как он должен реагировать на эти
воздействия.
Техника применения ММЧ сводится к следующим операциям:
1) выделить проблемную часть объекта и представить ее в виде
множества маленьких человечков;
2) разделить их на разные группы, которые действуют так, чтобы
выполнялось требуемое действие. Это позволит найти принцип
решения задачи.
Обычно выполняют серию рисунков — существующее положение
(было), и требуемое или желательное положение (надо), и совмещают
их, чтобы получилось, как должно быть.

2. Приемы, активизирующие мышление при решении задачи
27
3) поняв принцип действия, приступают к разработке технического
устройства, заменив человечков соответствующими деталями и
средами: шариками, пружинками, смазкой, сеткой и т. п.
Пример 2.9. ММЧ для поиска принципа действия устройства [3].
В середине XX в. при горных работах для организации направленного
взрыва производили последовательный подрыв нескольких зарядов,
например, 10-ти зарядов в течение 2 мин. Оператор вручную замыкал
контакты электродетонатора, обеспечивая необходимую временную
задержку между взрывами.
При новой организации горных работ стало необходимым
последовательно включать 40 контактов, причем промежутки между взрывами
не равны и каждый раз меняются. Они составляют, например, 0,01;
0,02; 0,03 с. График включения требуется выдерживать с точностью до
0,001 с.
Необходимо придумать предельно простой, надежный и точный
способ включения.
Эта задача возникла в середине XX в. Поэтому при ее решении
нужно понимать, на какие ресурсы можно было рассчитывать.
Устройство предназначено для работы в полевых условиях, поэтому должно
быть предельно простым.
Умельцы придумали весьма простое устройство. В трубу,
выполненную из диэлектрика, вмонтировали контакты. Для замыкания
контактов в трубу бросали шарик (рис. 2.2, а). Однако сила трения
уменьшает скорость шара, что приводит к значительному снижению
точности временной задержки подаваемого сигнала. Представим модель ТО
в виде маленьких человечков (рис. 2.2, б). Двигаясь по трубе, человечки
замыкают контакты.
а
Рис. 2.2. Устройство для замыкания контактов (я) и его модель в виде
маленьких человечков (б)
Попробуем представить движение объекта в трубе так, чтобы
замыкание контактов не сопровождалось трением этого объекта о контакты
(рис. 2.3).
Эта модель «подсказывает» принцип действия устройства (рис. 2.4).
Однако это только хорошая идея, которую нужно довести до
работоспособного устройства.

28
Раздел 1. Общие приемы поиска решений
!*Ш
DO* I *£Х1
Рис. 2.3. Моделирование технического устройства маленькими человечками
Рис. 2.4. Схема технического устройства
Моделирование маленькими человечками позволяет отойти от
конкретных условий поставленной задачи. Это способствует абстрактному,
отвлеченному ее рассмотрению, т. е. ММЧ можно рассматривать как
переход к задаче в более общей постановке.
Вопросы для самопроверки
1. В чем проявляется положительный эффект от преобразования условий задачи?
2. Назовите два способа инвертирования поставленной задачи.
3. Перечислите виды прямой аналогии и дайте им характеристику.
4. Какие преимущества дает работа с моделью объекта по сравнению с самим объектом?

3. ОСНОВЫ СИСТЕМНОГО АНАЛИЗА
Формирование системного подхода является важнейшим
компонентом методологической подготовки специалиста с высшим
образованием. Фундаментальные положения системного подхода лежат в основе
многих приемов и методов решения задач, используются при
разработке различных моделей.
3.1. Сущность системного подхода
В литературе можно найти много определений понятий систем,
технических систем (см. приложение П6).
Термин система произошел от греч. systema — составленное из
частей, соединение. Научный термин «система» является абстрактным
понятием, введенным для обозначения разных объектов, вьщеления их
из окружающей среды и исследования.
Применяя этот термин к различным объектам, подчеркивают, что
системный подход связан с применением таких операций как:
изолирующая и идеализирующая абстракция, декомпозиция и др.
Определение должно раскрывать существенные и отличительные
признаки определяемого понятия и не должно претендовать на
описание всех свойств, которыми обладают рассматриваемые предметы.
Поэтому термин «система», как абстрактное понятие, должен быть
определен в самом общем виде.
Система — совокупность взаимосвязанных компонентов
(элементов), характеризующаяся постоянством определенных связей и их
устойчивостью. Компоненты и связи характеризуются определенными
свойствами, которые определяют свойства системы в целом. В
приведенном определении системы под постоянством понимается тот факт,
что свойства компонентов и связей сохраняются в определенном
интервале времени, а под устойчивостью — что свойства компонентов и
связей и системы в целом не изменяются при воздействии на систему
некоторых возмущающих факторов.
Составные части системы также можно рассматривать, как
состоящие из входящих элементов. Поэтому лучше сказать, что система
состоит из компонентов. Системный подход может быть применен к
различным объектам (рис. 3.1).

30
Раздел 1. Общие приемы поиска решений
Объекты
Естественные
Искусственные
Технические
Социотехнические
Абстрактные
Рис. 3.1. Классификация объектов
Естественные объекты — некоторые зоны, области, выделенные из
природы, например, солнечная система, Земля, участок реки, озеро или
поляна в лесу, цветок, дерево и т. д.
Для анализа и понимания сущности выделенного объекта,
необходимо рассматривать его связи с окружающей средой, которую принято
называть над систем ой (НС).
Искусственные объекты создаются человеком для удовлетворения
каких-либо потребностей.
Техническая система (ТС) — искусственно созданная
система, предназначенная для удовлетворения определенных потребностей и
состоящая из технических компонентов. Например, двигатель,
космический аппарат, авторучка и т. д.
В компоненты социотехнических систем
(организационно-технических) включают человека или коллективы людей, например
цех, отдел, фирма.
Абстрактная система — некоторая обобщенная модель,
характеризующая определенные свойства некоторого объекта, которая
получена в результате отвлечения (идеализирующая или изолирующая
абстракция, см. приложение 5) рассматриваемых свойств, от
объектов-носителей этих свойств. Компонентами абстрактных систем, являются
абстрактные понятия. Например, абстрактными объектами в математике
и геометрии являются: система уравнений, матрица, треугольник и др.
Системный подход предусматривает декомпозицию (деление)
объекта на компоненты и исследование его структуры.
Объединение компонентов в систему приводит к появлению новых
системных свойств, так называемого синергетического (от греч.
senergos — совместно действующий) эффекта (рис. 3.2).
Различают два вида проявления синергетического эффекта:
1)системный эффект — непропорционально большое
изменение (усиление, увеличение или уменьшение) свойств, которые
имеются у компонентов. Например, биметаллическая пластинка
значительно сильнее изменяет свою форму при изменении температуры, чем
каждая из ее составляющих в отдельности;
2) системное качество — появление нового свойства,
которым не обладает ни один из компонентов. В литературе встречается
термин эмерджентность (от англ. emergence — возникновение, появле-

3. Основы системного анализа
31
Система п
/ • ^Vl _
Ki Кг *►( КЪ
\ /
К4 ( *2
\ 1
)
к5
{5}
Синергетический
эффект
а) системный эффект
б) системное качество*
Рис. 3.2. Упрощенная абстрактная модель системы:
К\, К2, ..., К5 — компоненты системы; {S} — системные свойства; 1 — введение связи; 2 —
изменение связи; 3 — удаление связи; 4 — введение компонента; 5 — удаление компонента; 6 —
изменение свойств компонента
ние нового) системы. Например, поместив свинцовую и цинковую
пластинки в серную кислоту, получим гальванический элемент или,
объединив в замкнутую электрическую цепь емкость и индуктивность,
получим колебательный контур.
100 картинок-сюжетов про Микки Мауса незначительно
отличаются друг от друга. Но если последовательно и быстро прокрутить их в
поле зрения человека, то мышонок начнет двигаться.
Посмотрев на мир двумя глазами, мы не стали видеть больше, но
приобрели объемное видение. Два уха наделяют нас способностью
определять направление источника звука (стерео слухом).
Системные свойства объекта зависят от его структуры, т. е. от
состава компонентов и характера связей между ними.
Система обладает системными свойствами, которые невозможно
обнаружить в ее компонентах. Разобрав пианино, мы не найдем там звук,
а разобрав часы на шестеренки не поймем принципа работы часов.
Пример 3.1. Дюралюминий — сплав повышенной прочности.
В 1909—1911 гг. немецкий ученый А. Вильм установил, что сплав
алюминия с добавкой 4 % меди, 0,5 % магния и 0,5 % марганца после
резкого охлаждения (температура закалки 500 °С), находясь при
комнатной температуре в течение 4—5 суток, постепенно становится более
твердым и прочным [96]. Обнаруженное старение алюминиевого
сплава позволило повысить прочность дюралюминия до 360...380 МПа
(36...38 кг/мм2) вместо 70...80 МПа (7...8 кг/мм2) у чистого алюминия.
Создавая систему, невозможно предсказать все ее свойства. Они
могут быть как положительные, так и отрицательные (нежелательные).
Поэтому при синтезе ТС нужно быть готовым к появлению
нежелательных побочных эффектов.
Пример 3.2. Печально известный ДДТ. Изобретатель, открывший
ДДТ в 1939 г., получил Нобелевскую премию. ДДТ использовался
фермерами в качестве инсектицида и оказался исключительно эффектив-

32
Раздел 1. Общие приемы поиска решений
ным в борьбе с москитами, препятствуя тем самым распространению
малярии. Лишь к 50-м годам XX в. стали учащаться тревожные
сообщения о том, что ДДТ чрезвычайно токсичен для многих животных, в том
числе сельскохозяйственных.
Его эффективность в качестве инсектицида также оказалась
крайне условной и недолговечной. Вначале насекомые поглощали ДДТ, а
насекомоядные, т. е. животные, питающиеся насекомыми, —
отравленных насекомых. К 1970 гг. это средство прошло всю цепь питания
и было обнаружено в организме человека. Только тогда его
применение было поставлено под контроль, вплоть до наложения запрета во
всех странах.
Любое вмешательство в сложившуюся систему приводит к изменению
ее системных свойств. Причем весьма часто, наряду с положительными
эффектами, появляются и нежелательные эффекты. Чем сложнее
система, тем труднее предсказать изменения ее системных свойств.
Пример 3.3. Заторы на дорогах, парадокс Бресса. Большое число
машин на дорогах вызывает заторы и снижает эффективность
функционирования транспортных магистралей. Это усугубляет экологическую
обстановку. Наибольшее количество вредных веществ выбрасывается
автомобилем в момент трогания и разгона.
Наиболее очевидное решение этой проблемы, казалось бы,
состоит в том, чтобы увеличить количество дорог. Однако добавление
новых трасс к уже перегруженной дорожной сети может привести лишь
к еще большей ее перегрузке. Это явление известно как парадокс
Бресса; его сформулировал немецкий исследователь Дитрих Бресс в
1968 г. Он задумался над странным явлением, которое возникло при
планировании транспортных развязок в немецком городе Штутгарте в
конце 1960-х гг.
Штутгартские градостроители попытались сделать более свободным
движение в центре города, добавив еще одну улицу. Однако с ее
появлением положение лишь ухудшилось. Проблема коренилась не в
дорогах, а в перекрестках и развязках, т. е. во взаимосвязях между
дорогами — именно там, где, прежде всего, стал бы ее искать исследователь,
владеющий системным подходом. Он сразу бы отметил, что увеличение
количества дорог приведет к увеличению количества перекрестков, и,
следовательно, тех мест, в которых могут возникать заторы
(пропускная способность меньше, чем на трассе).
Следует особо подчеркнуть, что системный подход, — это
своеобразный ракурс видения изучаемых объектов, стиль мышления, который
несет важную методологическую функцию. Он предполагает
определенный и специфический способ их изучения, позволяющий раскрыть
организацию объектов.
Системность мышления заключается в том, чтобы видеть целое как
совокупность взаимосвязанных компонентов и понимать, что свойства
системы определяются составом компонентов, их свойствами и связями,
т. е. ее структурой.

3. Основы системного анализа
33
Пример 3.4. Совет Ч. Дарвина. Однажды к Дарвину обратились за
помощью фермеры: катастрофически упали урожаи красного клевера.
Ученый порекомендовал им завести побольше кошек. «Причем здесь
кошки?» — спросили фермеры. «Да притом, — объяснил Дарвин, —
что красный клевер опыляется только шмелями, а шмелиные гнезда
разоряют мыши, которых развелось множество. А кошек в округе мало
потому, что резко сократилось число старых дев и засидевшихся невест
по причине возвращения солдат с войны».
Из этого шутливого объяснения хорошо видно системное
мышление ученого.
Системностью мышления обладали многие мыслители прошлого.
Вольтер писал: «Если бы в Англии была только одна религия,
следовало бы опасаться ее деспотизма; если бы их было две, представители
каждой перерезали бы друг другу горло; но их там тридцать, а потому они
живут в благодатном мире» [74].
Выделяя компоненты, образующие систему, обязательно
рассматривают связи между ними, через которые происходит взаимодействие и
взаимовлияние между компонентами. Связи являются существенным
фактором в формировании системных свойств объектов.
Аналогичным образом, выделяя любой искусственный или
естественный объект из некоторой совокупности, необходимо рассматривать
связи этого объекта с окружающими его объектами (НС).
При исследовании ТС к НС относят окружающую среду, другие ТО,
с которыми взаимодействует рассматриваемый ТО и человек.
Необходимо учитывать, что системные свойства рассматриваемого ТО
существенным образом зависят от характера его взаимодействия с
компонентами над системы.
Знание методологии системного подхода, владение приемами
системного анализа необходимы как для успешного изучения любых
объектов, так и для поиска решений различных задач.
Проектирование ТО — процесс синтеза, в котором объединением
компонентов в некоторую систему получают объект с набором
полезных свойств. При создании ТО системный эффект получают, применяя
следующие приемы:
• объединение в систему однородных компонентов, например
железнодорожный состав, велосипедная цепь, катамаран, чипсы в
галтовочном барабане, шарики в шарикоподшипнике, двух-, трех- и
четырех моторные самолеты, люстра с несколькими лампочками,
сеть персональных ЭВМ и т. д.;
• объединение в систему разнородных компонентов, например,
циркуль «козья ножка», <ЭВМ—принтер—модем>, <магнитофон—ра-
диоприемник> и т. д.;
• объединение в систему компонентов с противоположными
свойствами, например, карандаш с ластиком, многослойная печатная
плата (объединение проводящих и диэлектрических слоев) и т. д.;

34
Раздел 1. Общие приемы поиска решений
• объединение в систему компонентов со смещенными
характеристиками, например биметаллическая пластинка, набор гаечных
ключей, объединение полупроводников с п и р — проводимостью
(полупроводниковый диод), набор цветных карандашей, набор сверл,
металлорежущее оборудование в цехе, бифокальные очки и т. д.
Например, в штангенциркуле объединили две шкалы со
смещенными характеристиками — в подвижной шкале 10 штрихов на отрезке 9
мм. В результате точность измерения увеличилась на порядок (рис. 3.3).
Рис. 3.3. Пример объединения компонентов со смещенными характеристиками
Объединяя компоненты в систему, невозможно предсказать все
свойства системы в целом, однако можно сформулировать небольшое
число приемов, позволяющих изменять системные свойства объектов.
Системные свойства, очевидно, будут изменяться при введении или
удалении некоторых компонентов и связей системы, а также при
внесении количественных и качественных изменений в параметры,
характеризующие компоненты или связи (см. рис. 3.2).
Пример 3.5. Уравнение — это система. Уравнение у = 5х - 3 можно
рассматривать как систему, состоящую из двух компонентов х и у,
которые связаны видом отношения — знаком равенства и
арифметическими действиями. Эта связь определяет системное свойство —
геометрическое место точек на плоскости, расположенных на одной прямой.
Если каждое из выражений у = 5х-3; у = х+\ рассматривать как
уравнение прямой, то при объединении этих выражений в систему
\у = 5х- 3;
\у = х + 1
задается связь между ними. Очевидно, что если система из двух
линейных уравнений имеет решение, то она определяет уже другой объект —
точку пересечения прямых. Объединение двух систем (уравнений)
привело к появлению нового системного свойства.

3. Основы системного анализа
35
Пример 3.6. Усилитель сигнала. Рассмотрим усилитель (рис. 3.4).
Если сигнал на входе в усилитель нестабильно изменяется, то для
разомкнутой системы (рис. 3.4, а), эта нестабильность будет усиливаться.
Вход
'>
Выход Вх°Д
—* ^Ч
*>
Выход Вход
'>
Выход
Автоматический
регулятор усиления
б
Генератор
Рис. 3.4. Пример введения обратных связей в усилитель:
а — разомкнутая; б — с отрицательной обратной связью; в — с положительной обратной
связью; К — коэффициент усиления
Если с выхода усилителя подать инвертированный сигнал на вход
усилителя, т. е. организовать отрицательную обратную связь, то
получим автоматический регулятор усиления (рис. 3.4, б). Если на вход
подать положительный сигнал с выхода усилителя, то получим генератор
электрических сигналов (рис. 3.4, в).
Из приведенных примеров видно, что изменение характера связей
между компонентами системы, введение или удаление связей приводит
к изменению ее системных свойств.
3.2. Приемы решения задач, основанные
на системном подходе
Одной из важнейших составляющих процесса решения задачи
является поиск ресурсов для получения требуемого результата. Для этого
прежде всего необходимо понять какими свойствами обладают
объекты, описанные в ИД, и как эти свойства можно использовать для
получения требуемого результата. Поэтому первым этапом решения задачи
является анализ ИД.
Если при анализе ИД не сразу обнаруживаются свойства, которые
можно использовать для решения задачи, то необходимо рассмотреть
совокупность объектов, заданных в ИД как систему, выделить
компоненты, рассмотреть свойства, которыми обладают эти компоненты,
определить характер связи между ними и понять, какие свойства
проявляются или могут проявляться в связях, и какие свойства появляются как
синергетический эффект.
Очевидно, что все эти действия направлены на моделирование
структуры системы. И эта модель должна позволять обнаруживать
некоторые новые свойства заданных объектов. Признак, по которому
следует выделять компоненты, определяется условиями задачи.

36
Раздел 1. Общие приемы поиска решений
Выделенные компоненты обладают многими свойствами. Следует
отметить, что только некоторые из них могут проявляться в связях.
Поэтому необходимо посмотреть, какими еще не раскрытыми в связях
свойствами обладают компоненты. Для получения требуемого
результата важно найти такие свойства выделенных объектов (компонентов),
которые имеют существенное значение для решения задачи.
В связях отражаются различные виды взаимодействия компонентов
между собой. В зависимости от моделируемого объекта связи могут
быть конструктивными, функциональными, физическими,
причинно-следственными и др.
Из анализа типовой структуры объекта (см. рис. 3.2) можно выявить
ресурсы для изменения системных свойств объектов (рис. 3.5).
Изменением системных свойств объектов, описанных в ИД, можно выявить
такие свойства, которые приведут к решению (рис. 3.5). Это можно
рассматривать как приемы решения самых различных задач.
Введение
Удаление
<
Количественные
изменения
Рис. 3.5. Приемы изменения системных свойств объекта
Используя эти приемы нужно попытаться изменить условия задачи
таким образом, чтобы получить такие свойства, которые позволили бы
состыковать потребные свойства {Sn} с имеющимися в наличии {5И}
(см. рис. 1.2).
3.2.1. Систематика приемов решения задач
Рассмотрим основные этапы решения задачи и приемы, которые
используются на этих этапах.
1.Анализ условий задачи.
Цель: найти свойства объектов, которые могут быть использованы
для решения задачи.

3. Основы системного анализа
37
Типовые операции мышления: декомпозиция, изолирующая и (или)
идеализирующая абстракция (см. приложение 5).
Приемы анализа исходных данных:
1.1. Представить объект, заданный в условии задачи, как систему.
Рассматривая объекты, заданные в условии задачи, как систему,
выделить компоненты (Щ) системы. Признак выделения компонентов
можно определить: из постановки задачи (какие компоненты или связи
подлежат анализу), из набора исходных данных, из анализа требуемого
результата.
1.2. Разделить задачу на части, чтобы хорошо просматривались
связи между компонентами. Возможные признаки разделения: в
пространстве, во времени.
1.3. Отметить свойства выделенных компонентов.
1.4. Определить характер связей между выделенными компонентами.
Если на этом этапе не удается сформировать план решения задачи,
то постараться найти тому причины, анализируя ход решения задачи:
Возможные причины отсутствия
плана решения задачи
1. Нет понимания условий задачи, — не
понятна терминология, нет ассоциаций
с теорией предметной области (ПО),
к которой относится задача
2. Наличие ВПИ
3. Нет стыковки имеющихся свойств и
свойств, требуемых для получения
решения (результата)
Рекомендуемые действия
Изучить ПО: терминологию и действующие
закономерности
Преобразовать условия задачи (см. разд. 2.1)
Воспользоваться приемами
системного подхода
2. Поиск решения.
Приемы, активизирующие мышление при решении задачи.
2.1. Преобразовать условия задачи:
• раскрыть понятия их определениями;
• заменить термины более общими;
• сформулировать более общую задачу;
• изменить форму описания условия задачи, например,
представить ИД в виде таблицы, схемы.
2.2. Применить инверсию.
2.3. Рассмотреть возможность применения генетического подхода к
объектам, описанным в условии задачи, т. е. посмотреть, как могут
быть получены эти объекты.
2.4. Найти аналогичную задачу, методика решения которой известна.
Приемы системного подхода.
2.5. Свернуть систему — объединить компоненты в подсистемы
(рис. 3.6).

38
Раздел 1. Общие приемы поиска решений
К2
.Л
Ki
\ ,
Кг
{S}
{S}
1/ У
К [ «*
\v-—
S
Ч
ч
\
к,
/
\
f
1
-*'' {Sab}
"***>,& или ч^.
{Scd}
к2
\
\
ч
ч.
ч \
\ *
Ч N »
\ \
\ . \ 1
В :'
//
//
/г
Рис. 3.6. Схема перекомпоновки системы:
К], К2, АГз — первоначально выделенные компоненты; {S} — свойства рассматриваемой
системы; А, В, С, D — подсистемы; {S^b), {Scd} — свойства, проявляющиеся в связях между
подсистемами А, В и С, D соответственно
Цель: получение более наглядной модели, концентрация внимания
на существенных свойствах и обнаружение новых свойств у заданных
объектов.
Для того чтобы в условии задачи найти такие свойства у заданных
объектов, которые могут быть использованы для получения решения,
иногда оказывается целесообразным посмотреть, нельзя ли произвести
перекомпоновку системы, описанной в ИД, т. е. объединить некоторые
компоненты в такие подсистемы А и В или С и D, каждая из которых
позволила бы обнаружить новые системные свойства, отличные от
свойств первоначально выделенных компонентов К\, К^, К^.
Свойства системы {S} те же, а свойства, которые проявляются в
подсистемах А, В, С и D и связях подсистем {Sab), {Scd} — Другие.
В ряде случаев формирование подсистем позволяет понизить
размерность задачи, получить более простую и наглядную модель,
сконцентрировать внимание на существенных свойствах рассматриваемых объектов,
обнаружить у них новые качества. Изменения в исходной системе надо
делать так, чтобы у образовавшихся подсистем появились такие новые
свойства, которые можно было бы использовать для решения задачи.
2.6. Изменить качественно или количественно:
• связи между компонентами;
• свойства некоторых компонентов.
2.7. Ввести или удалить некоторые компоненты или связи.
Следует отметить, что использование приемов 2.6 и 2.7 приводит к
тому, что будет решаться не первоначально поставленная задача, а дру-

3. Основы системного анализа
39
гая, вспомогательная. Но эту вспомогательную задачу удается решить, и
ее решение позволит понять, как решить первоначально поставленную
задачу.
Примечание. В процессе решения задачи часто используется не один, а сразу
несколько приемов и начинать надо с простых приемов.
В приводимых ниже примерах показано, как используются
категории мышления, предлагаемые в системном анализе, для решения задач.
3.2.2. Примеры использования приемов для решения задач
Пример 3.7. Найти lim(Vn-л/и + 1). Здесь нужно раскрыть неопре-
П—*ос
деленность вида оо—оо.
Рассмотрим выражение, стоящее под знаком предела как систему,
состоящую из двух компонентов.
Задача решается введением в рассматриваемую систему подсистемы
со смещенной характеристикой. Если умножить и разделить заданное
выражение на {4п + 4п + 1), получаем:
1ип(л/и - л/л + 1) = lim ,— .—= = 0.
Л->=0 Я->=С V« + Л/И + 1
Далее выделяются две подсистемы: числитель и знаменатель. Их
свойства хорошо просматриваются.
Аналогичные приемы используются и при решении других задач по
математике: умножить и разделить на сопряженное выражение;
добавить и вычесть некоторое выражение, объединить некоторые
компоненты в подсистемы, ввести в исходное выражение некоторую
функцию и др. Например, при решении алгебраических задач,
интегрировании, решении дифференциальных уравнений часто используется прием
замены переменных. Его тоже можно рассматривать как введение
дополнительного элемента в систему, как образование подсистемы.
Пример 3.8. Определить площадь между двумя окружностями.
Окружности концентрические и известна хорда L, являющаяся
касательной к внутренней окружности (рис. 3.7, а).
В условии задачи описана система, состоящая из трех компонентов
(две окружности и хорда), которые имеют три связи (рис. 3.7, б):
1) окружности имеют общий центр — концентричные окружности;
2) отрезок L является касательной к малому кругу;
3) отрезок L является хордой к большому кругу.
Площади кругов определяются через их радиусы. Если в задачу
вводить компоненты, то они должны быть связаны с имеющимися
компонентами. Радиусы надо ввести так, чтобы они связывали
имеющиеся компоненты (рис. 3.7, в).

40
Раздел 1. Общие приемы поиска решений
Рис. 3.7. Схема решения задачи к примеру 3.8:
а — ИД; б — модель системы; 1, 2, 3 — связи между компонентами; в -
систему компонентов йиг
введение в исходную
Задача легко решается, если построить треугольник, т. е. ввести в
систему еще один компонент, и применить теорему Пифагора:
- = R2-r2.
4
Заштрихованная площадь определяется как разность площадей
большого и малого кругов. Умножив последнее уравнение на я, получим
kR1
%г
Однако задача имеет лаконичное и красивое решение при
использовании другого приема системного подхода — количественные
изменения в компонентах рассматриваемой системы при сохранении ее
структуры. Уменьшим диаметр внутренней окружности, сохранив связи
между компонентами и величину отрезка L (рис. 3.8, б). Посмотрим,
что произойдет, если она выродится в точку (рис. 3.8, в).
Площадь малого круга равна нулю (г=0), но как компонент
системы он все равно остался. Следовательно, осталось и системное
свойство, что заштрихованная площадь по-прежнему определяется как
разность площадей большого и малого кругов. На рис. 3.8, в видно, что
S - к— .
i
а ' б в
Рис. 3.8. Использование приема количественного изменения в компонентах:
исходное построение; б — уменьшим диаметр малого круга; в — диаметр малого круга
равен нулю

3. Основы системного анализа
41
Пример 3.9. Вписать квадрат в треугольник. Задача: вписать квадрат
в остроугольный треугольник так, чтобы одна сторона квадрата лежала
на одной стороне треугольника, а две его вершины на двух других
сторонах треугольника (рис. 3.9, а).
Рис. 3.9. Этапы решения задачи примера 3.9:
а — что надо получить; б — модель системы; в — удалили связь (вершина р не лежит на
стороне ВС треугольника); г — решение
В этой задаче проблема состоит в том, что неизвестна сторона
квадрата. Рассмотрим конечный результат (см. рис. 3.9, а) как систему,
состоящую из двух компонентов: треугольника и квадрата, которые
имеют три связи (рис. 3.9, б).
Для решения задачи не хватает свойств, которые можно
обнаружить у имеющихся компонентов. Нужно постараться найти такое
свойство, чтобы можно было выполнить построение. Вполне естественно
воспользоваться приемами, которые изменяют системные свойства (см.
рис. 3.5) рассматриваемого объекта.
В объекте два компонента и три связи. При таком избытке связей
естественно попробовать изменить или удалить одну связь. Ослабим
(снимем) одну связь (любую), например, вершина р не принадлежит
стороне ВС треугольника. Какое новое свойство появилось у этой
системы? Оказывается, теперь можно выполнить построение. И таких
квадратов можно построить бесчисленное множество (рис. 3.9, в).
Анализ промежуточного решения: легко доказать, что вершины Р
этих квадратов будут лежать на одной прямой. Пересечение данной
прямой со стороной ВС треугольника дает искомую точку р (рис. 3.9, г).
Можно было бы удалить и другую связь, например, что сторона
квадрата mq не лежит на стороне треугольника АС.
Как уже отмечалось, в процессе решения задачи, как правило,
применяется несколько приемов. Причем последовательность их
использования часто определяется спецификой предметной области, к которой
относится задача.
Пример 3.10. Определить положение центра тяжести пластинки.
В однородной круглой пластинке радиусом R вырезано квадратное
отверстие (рис. 3.10).
Рассуждения можно построить следующим образом. У заданного
объекта необходимо обнаружить некоторое свойство (положение
центра тяжести). Попробуем ввести еще один компонент таким образом,
чтобы образовалась система, центр тяжести которой будет известен.
Естественно, что у вводимого компонента аналогичное свойство, т. е.
центр тяжести, должно быть известно.

42
Раздел 1. Общие приемы поиска решений
" mg
Рис. 3.10. Условия задачи к примеру 3.11
Расположим пластинку так, чтобы ось симметрии была
горизонтальна, и введем гравитационное поле. В отверстие вставим квадрат из
того же материала, что и заданный объект. Таким образом добавили
компонент. Получилась новая система, центр тяжести которой
расположен в центре окружности.
Теперь для созданной системы можно составить уравнение
равновесия. Сумма моментов всех сил относительно оси, проходящей через
точку О, равна нулю:
mlg-R-m2gx =0,
где m\g — сила тяжести, приложенная в центре квадрата; mjg — сила
тяжести, действующая на пластинку с отверстием и приложенная в
искомом центре тяжести С.
Отсюда следует, что х = mxRI{Am2).
Как и в предыдущих примерах, прием, основанный на системном
подходе, не только дает объяснение приведенного решения, но и
способствует формированию системного мышления, ориентирует сначала
на поиск приема для нахождения плана решения задачи, а уж затем на
поиск конкретного воплощения найденного приема.
Системное мышление и владение приемами решения задач (см.
рис. 3.5 и подразд. 3.2.1), позволяет объяснить частные методы
решения задач. Становится понятным предлагаемый перечень основных
этапов решения задачи в той или иной предметной области, и нет
необходимости его заучивать, запоминать.
Вопросы для самопроверки
1. Назовите виды проявления системных свойств, приведите примеры.
2. Какое понятие более общее: «системное свойство» или «синергетический эффект»?
3. Перечислите возможные способы изменения системных свойств объектов.
4. Какое новое свойство появляется, если часть компонентов объединить в подсистему?

4. СИНЕКТИКА
Слово «синектика» (synectics, иногда synactic) составлено из двух
древнегреческих слов: syn — вместе и actics — действовать, совершать,
поступать. Это словосочетание означает совместно действовать, а
применительно к методу решения задач имеет смысл «совместно искать»,
«вместе находить», «сообща придумывать», «вместе изобретать». В
некоторых источниках вторую часть слова ectos переводят как «снаружи»,
что соответствует возможностям синектики переводить
подсознательные ощущения в ясные сознательные решения.
Синектика формирует в сознании человека своеобразный подход к
решению различных задач, который активизирует продуктивную
умственную деятельность (рис. 4.1).
Совместная
работа людей:
специалисты
разного профиля;
разные типы
психики
Совместное
рассмотрение
конкретного и
абстрактного
/~
Совместное
исследование
сущности
проблемы и
ее образного
отражения
в аналогиях
Совместное
рассмотрение
общего и частного
Совместно и
непрерывно
протекающие
процессы анализа
и синтеза проблемы
Совместная
работа сознания
и подсознания
Рис. 4.1. Аспекты синектического подхода
Суть подхода заключается в нахождении частичного сходства между
решаемой задачей и самыми различными задачами из других областей
знания. После этого открывается возможность использовать известные
пути их решения. Для активизации мышления при решении задач при-
мененяются различные виды аналогий (рис. 4.2).

44
Раздел 1. Общие приемы поиска решений
Превращение
знакомого
в не знакомое
Превращение
незнакомого
в знакомое
структурная
функциональная
формы
отношений
Инструменты
синектики
Рис. 4.2. Инструменты синектики для исследования сходства явлений
4.1. Сущность синектического подхода
В середине XX в. У. Гордон занимался совершенствованием
«мозгового штурма» (brain-storming) (см. приложение 7). В 1961 г. в США
вышла его книга «Синектика: развитие творческого воображения» [127].
Гордон внес два существенных новшества в «мозговой штурм».
Во-первых, предложил формировать состав группы из специалистов
разного профиля и с различными увлечениями. Это позволяет
рассматривать проблему в различных аспектах. Каждый специалист вносит в
изучение проблемы (или информационное поле) свою позицию
восприятия, свой взгляд на проблему, «смотрит со своей колокольни». Тем
самым создается возможность охвата обширной области,
определяющей направления решения задачи и использования различных методов
поиска решений, свойственных той предметной области, специалистом
которой является участник «мозгового штурма».
Во-вторых, Гордон предложил ряд способов избавления от
стереотипов, которые являются существенным препятствием в творческой
работе при генерации идей, и активизации творческого мышления.
Один из таких способов — применение различных видов аналогий.
При индивидуальном поиске решения задачи можно использовать
оба подхода, предложенные Гордоном.

4. Синектика
45
Пример 4.1. Снижение шума системы вентиляции. Представим себе,
как будут решать задачу снижения акустического шума системы
вентиляции в цехе специалисты разного профиля.
Специалист, окончивший вуз, кроме учебных дисциплин своей
специальности изучал много смежных дисциплин. Поэтому он может
предположить, как будут рассуждать те или иные специалисты о
проблеме гашения шума.
Материаловед: поставить звукопоглощающий материал.
Механик: повысить жесткость коробов и их крепления, чтобы
снизить вибрации.
Акустик: поставить звукоизолирующие экраны либо форму
конструкции сделать такой, чтобы звуковые колебания поглощались за счет
резонанса (резонатор Гельмгольца).
Радист: вибрация — это колебания, надо поставить активное шу-
могашение — источники шума того же спектра, но в противофазе.
Аэродинамик: источник акустических колебаний — турбулентность,
ее надо устранить и принять меры для создания ламинарного потока.
Для решения указанной задачи можно использовать ряд
аналогий — с радиоволнами, с волнами на поверхности водной глади.
Заросли камыша гасят волны на воде, металлический экран не пропускает
радиоволны, отраженный сигнал, складываясь с прямым, может
формировать зоны замирания сигнала и другие аналогии. Такой
разносторонний подход к проблеме позволит найти продуктивное комплексное
решение.
Активизация мышления при индивидуальном поиске решения
задачи заключается в формировании как можно большего количества
ассоциативных связей путем поиска различных аналогий (см. рис. 4.2).
4.2. Аналогии, активизирующие образное мышление
Различают четыре вида аналогий: прямая, личная,
фантастическая и символическая. Общим для них является то, что
они используются как инструменты вьывления и изучения сходства
различных объектов (структур, процессов) по ряду их признаков.
Отличия связаны с процедурой формирования совокупности общих
признаков сопоставляемых объектов и формой представления результатов.
Прямая (объективная) аналогия, рассмотренная в разд. 2.3,
активизирует левополушарное мышление, а остальные — правополушарное,
образное мышление.
4.2.1. Личная аналогия — эмпатия
Личная, или субъективная аналогия (эмпатия) —
способность сопоставить объективный исходный предмет с предметом в
контексте личного восприятия.

46
Раздел 1. Общие приемы поиска решений
Контекст — обстановка, сложившаяся вокруг конкретного
явления. Обстановка во многих случаях определяет то или иное толкование
конкретного опыта или события. В психолингвистике под контекстом
понимается законченный в смысловом отношении отрезок письменной
речи (текста), дающий возможность точно установить значение
отдельно входящих в него слов и предложений в зависимости от конкретного
языкового окружения. В широком смысле термин «контекст»
трактуется как общая ситуация.
Личная аналогия предполагает личную идентификацию человека с
элементами проблемы, что освобождает от ее механического, внешнего
анализа. Отождествить себя с ТО это не просто назвать себя какой-то
частью ТС или процесса. Необходимо найти в своей душе какой-то
отклик на то, что делает система, понять трудности, возникающие
нежелательные эффекты как свои трудности. Это похоже на то, как входит в
образ актер перед спектаклем.
Шерлок Холмс раскрывал преступления, поставив себя на место
злоумышленника. Существует даже забавный способ нахождения
пропавшей вещи — надо представить, куда бы спрятался сам, если бы был
этой вещью.
Д. Максвелл для исследования пределов применимости 2-го закона
термодинамики придумал гипотетическое существо, соизмеримое с
размерами молекул газа, обладающее разумом — «Демон» Максвелла.
«Демон» помещался внутри герметично закрытого сосуда, разделенного
перегородкой, в которой была дверца. Сидя возле дверцы, «демон» должен
был пропускать в отгороженную часть сосуда только быстрые молекулы
и закрывать дверку перед медленными, «холодными» молекулами газа.
В результате отгороженная часть сосуда приобретала более высокую
температуру, чем весь газ. Этот эксперимент должен был опровергнуть
следствие 2-го закона термодинамики, из которого выводился запрет на
передачу тепловой энергии от менее нагретого тела к более нагретому.
Некоторые авторы рассматривают метод ММЧ (см. разд. 2.4) как
прием эмпатии.
В фильме о жизни известного авиаконструктора А. А. Микулина
есть эпизод о том, как он изобретал мельницу для размола в муку пайка
в виде зерен пшеницы и ржи. Он представил себя зерном и
прочувствовал и описал словами весь ход помола, как если бы сам был зерном.
В результате изобрел и сделал простую и надежную мельницу.
4.2.2. Фантастическая аналогия
Фантастическая аналогия формируется, когда
объективный исходный предмет сопоставляется с условным, фантастическим
предметом, обладающим теми же свойствами, функциями, что и
исходный предмет.

4. Синектика
47
При решении задач фантастическая аналогия подразумевает
возможность формирования различных образов с использованием
сказочных предметов, персонажей и средств (например, волшебной палочки,
золотой рыбки, шапки-невидимки), заранее определив при этом цель и
конечный результат. Эта аналогия позволяет провести анализ проблемы
на уровне выполнения операций. Фантастическая аналогия допускает
возможность существования любых функций (летать, проходить сквозь
стены, читать мысли и т. п.), которые связаны с решением задачи.
Одним из направлений фантастической аналогии является
отрицание физических законов, мешающих подойти к решению задачи (нет
силы тяжести, разноименные заряды не притягиваются, магнитное
поле не действует на сплавы железа, свет распространяется по кривой
линии и т. п.). Можно вообразить нужный закон или явление, не
существующие в природе (универсальный растворитель, сверхпроводимость,
или сублимация металлов и сплавов при нормальных условиях,
сверхтекучесть воды и т. п.). Фантастическая аналогия раскрепощает
воображение, дает ощущение простоты и легкости при решении задачи.
Специалист, решающий задачу, должен отдавать себе отчет о том,
какие законы окружающего мира находятся в конфликте с желаемым
результатом. Ему требуется на время отвлечься от имеющихся
несоответствий, чтобы не дать им остановить процесс творческого поиска.
Фантастическая аналогия служит для облегчения этого процесса и
является одним из приемов формирования идеального конечного
результата, рассмотренного в подразд. 7.1.1.
4.2.3. Символическая аналогия
При символической аналогии объективный исходный
предмет сопоставляется с абстрактным предметом, символом,
представляющим некоторый художественный образ, создающий определенный
эмоциональный контекст. В широком смысле механизм символической
аналогии — это представление объекта в виде символа, рисунка,
образа, знака, пиктограммы.
Символическая аналогия позволяет рассуждать о недостаточно
изученных явлениях и получать новые образы описания проблемы на
специфическом «гуманитарном» языке, даже если техническая
терминология пока еще не сложилась. Новый образ проблемы — залог ее нового
понимания, а сколько образов, столько и можно наметить направлений
решения задачи. Для этого используют особые обороты речи,
активизирующие образное мышление — тропы.
Троп (от греч. tropos) — слово или фраза в переносном значении,
образное выражение (метафора, метонимия, синекдоха, аллегория,
гипербола, литота и др.). Роль образных выражений в научном
исследовании очень велика, в первую очередь потому, что они позволяют

48
Раздел 1. Общие приемы поиска решений
сформировать образ не до конца ясной проблемы (например, развитие
технической системы по спирали) с последующей визуализацией
этапов решения в виде различных моделей до получения требуемого
результата.
При поиске принципиально нового решения человеку, естественно,
приходится мыслить весьма размытыми понятиями. Действительно,
если можно четко сформулировать идею решения, то образ
создаваемого объекта становится ясным и понятным. Следовательно, в процессе
синтеза технического решения, его окончательный облик всегда будет
не вполне ясным, расплывчатым, размытым, пока процесс решения не
завершится конкретным результатом. А это значит, что в процессе
поиска решения можно, а может быть даже и нужно, мыслить такими
расплывчатыми категориями до тех пор, пока этот образ не станет вполне
ясным.
Символическая аналогия помогает в тех случаях, когда надо найти
принципиально новые и оригинальные решения задач (например,
новый принцип работы устройства, новую технологию изготовления,
принципиально новую конструкцию).
В научном творчестве нашли применение следующие тропы.
Метонимия — (от греч. metonymia — переименование) — оборот
речи, в котором одно слово заменяется другим на основании
смежности двух понятий, например, лес поет вместо в лесу поют птицы; паять
микросхемы вместо припаивать выводы микросхем к контактным
площадкам и т. п.
Синекдоха (от греч. synecdoche) — стилистический оборот, вид
метонимии, состоящий в употреблении большего вместо меньшего,
целого вместо части, общего вместо частного, например, пайка печатной
платы (хотя пропаяно одно соединение). Или наоборот, меньшего
вместо большего, например, выходной контроль изделий — на самом деле
может быть несколько видов контроля. Этот оборот речи помогает
отделить общее от частного, сознательно сфокусировать внимание на
требуемом уровне членения технической системы.
Аллегория (от греч. allegoria — иносказание); в искусстве этим
тропом выражают отвлеченные понятия при помощи конкретного
образа, например ключ — аллегория найденного решения задачи
(создание безотходных технологий — ключ к решению экологических
проблем; оптоэлектроника — ключ к созданию помехоустойчивых систем
связи).
Аллегория хорошо сочетается с фантастической аналогией, так как
позволяет визуализировать и описать объекты новой (фантастической)
реальности. В настоящее время, благодаря кинематографу, появилась
новая аллегория — матрица. Она означает жесткое управление всей
жизнью человека, его полный контроль, невозможность вырваться из
отведенной ему ячейки общества.

4. Синектика
49
Олицетворение — один из тропов, который широко
используется как в художественных произведениях, так и в научных трудах.
Олицетворение — воплощение объекта в образе живого существа,
наделение предметов признаками и способностями человека. Примеры:
звезда со звездою говорит, упала тишина, время лечит, рентген показал,
болезнь ушла, проблема встала во весь рост, машина любит уход, умная
техника, послушная техника, приборы помогают измерить
характеристики, компьютер думает, и т. п.
Олицетворение также эффективно в использовании, если нужно
спроектировать фантастическую метафору. Наряду с этим данный троп
полезно применять и для создания субъективных (личных) аналогий,
потому, что при использовании олицетворения автоматически работает
эмпатия — человек ставит себя на место проблемной части
технического объекта (например, у самолета есть «мозг» — управляющая
электроника, «сердце» — моторы, «глаза» — радары, антенны, «пища» —
топливо, «скелет» — несущий каркас и т. д. — все как у человека).
Гипербола (от греч. hyperbola — переход, перевес,
преувеличение) — оборот речи, состоящий в чрезмерном преувеличении для более
сильного впечатления, например, бесконечный поток информации,
ходить по ниточке, вытянуться в струнку, подпрыгнуть до неба.
Литота (от греч. litotes — простота) — оборот речи, обратный
гиперболе — преуменьшение, например, съела крошечку, капельку выпила,
ростом с цыпленка, либо замена какого-либо выражения другим,
поставленным в отрицательной форме, например, вместо хорошо —
неплохо, вместо дешево — недорого.
Гипербола и литота могут использоваться для выявления и
представления ресурсов (вещественных, полевых, пространственных,
временных). На начальном этапе процесса решения, когда разные аспекты
проблемы еще нечетко очерчены, использование гиперболы и литоты
позволяет обозначить их словами, визуализировать в виде образов и
работать с ними, накапливая понимание, которое затем будет отражаться
уже в общепринятых технических терминах.
Метафора (от греч. metaphora) — оборот речи, состоящий в
употреблении слов или выражений в переносном смысле на основе
какой-либо аналогии, сходства, сравнения. Это образное выражение,
иносказание, связанное с перенесением на рассматриваемый предмет
(явление) характерных признаков другого предмета (явления). Для
большей образности перенос значения основан не только на сходстве,
но и на контрасте.
Дж. Лакофф особое внимание обращал на возможности
использования метафор как средств познания действительности, как инструмента
организации и структурирования знаний [66].
Часто новому открытому объекту или явлению дают метафоричное
название, которое затем закрепляется как технический термин
(табл. 4.1). Метафоричное название очень точно отражает проблему,

50
4. Синектика
тему, характеризует объект, а иногда даже точнее, чем общепринятый
технический термин. Например, горячие кнопки, горячий, холодный,
ждущий резерв (в теории надежности), живая и мертвая вода (это
понятнее, чем катионит и анионит), цепная реакция и т. п. Такие аналогии
позволяют увидеть предмет или идею с качествами, перенесенными на
него с другого предмета или идеи, что способствует применению
знаний в одной предметной области для решения проблем в другой
области. Сущность метафоры состоит в осмыслении явлений одного рода в
терминах явлений другого рода.
Таблица 4.1. Примеры технических терминов, образованных на основе метафор
Технический
термин
Электронное
облако
Гусеница
трактора,
танка
Маска
Разводка
печатных
плат,
микросхем
Сэндвич
Прототип
Облако атмосферное
Насекомое гусеница
Карнавальная маска
Разводка караула
на военной службе
Ломти хлеба,
чередующиеся с начинкой
Хомутик Хомут на шее у лошади
i
Коромысло
Что обозначает
Область, в которой
сосредоточены электроны
Движитель для тяжелых
транспортных средств
повышенной
проходимости
Защитное покрытие
с отверстиями
Процесс формирования
топологии печатной
платы (микросхемы) из
электрической схемы
Конструкция, состоящая
из слоев различных
материалов
Обвязка в
радиоэлектронике, деталь в механике
Признак сходства
Группа однородных
частиц
Последовательное
перемещение сегментов
опоры
Наличие
функциональных отверстий
Последовательное
размещение объектов на
позициях
Чередование разных
слоев материала
Сходство по форме
и функции
Палка с крючками Уравновешивающий эле- Сходство по форме
на концах мент в механике и выполняемой
операции, функции
Метафора отличается от простого сравнения тем, что при
взаимодействии обозначаемого и образного объектов возникает системный
эффект — иносказательность, появление переносного значения.
Точный технический термин весьма часто может нести в себе ВПИ.
Использование метафоры в большинстве случаев лишено этого
недостатка и позволяет уменьшить действие ВПИ.
Конструирование метафор можно представить как ряд
мыслительных операций.
На первом этапе происходит возникновение авторского замысла и
поиск основания метафоры — объекта, позволяющего автору выразить
свою идею и скрытые интересы, например: Россия — это компьютер.
На втором этапе осуществляется выбор вспомогательного образного
предмета. Здесь и возникает основное затруднение: с чем сравнивать
основание метафоры? Какое ввести допущение? В каком слове найти

4. Синектика
51
потенциально заложенную силу, разрушающую грани невозможного,
способную приблизить далекое и возвысить обыденное, рассказать о
нем новым, необычным способом? Именно вспомогательный предмет
через возможность допущения «как если бы» пробуждает в сознании
образно-ассоциативные комплексы. Для нормальной работы компьютера
необходимо программное обеспечение. А что нужно для нормальной жизни
в России ?
Третий этап — синтез: создание в воображении идеальной
реальности в целях получения нового смыслового результата с
многоплановыми ассоциациями: «Россия похожа на компьютер, в который не
загружена программа»* (автор метафоры — Глеб Павловский).
Основной механизм образования метафор — установление связи
между исследуемым объектом и привлекаемым аналогом. Здесь многое
зависит от способности человека устанавливать оригинальные
ассоциации, от его умения посмотреть с новой стороны на нечто давно и
хорошо известное.
Л. И. Шрагина отмечает: «Из средства создания образа метафора
превращается в способ формирования недостающих языку значений и
выступает в качестве универсального орудия мышления и познания
мира» [123].
Для удобства применения метафоры можно классифицировать по
ряду признаков (рис. 4.3).
По виду
ZL
структурные
ориентационные
сущности и субстанций
Метафоры
По способу
образования
образные
номинативные
ч когнитивные
ч генерализующие
способ обозначения
количественная
характеристика
выделение аспектов
По назначению " определение причин
постановка цели и
ч мотивация действий
метафоры, связанные с
ч вместилищем
Рис. 4.3. Классификация метафор
* Ростовский М. Цейтнот «серого кардинала» // Московский комсомолец. 2002.
15 февраля.

52
Раздел 1. Общие приемы поиска решений
По способу образования можно выделить следующие основные
группы языковых метафор:
• образная метафора появляется вследствие перехода
многопризнакового, описательного значения в суждение о предмете
(характеризующее его свойства) и служит для поиска новых синонимов
для его описания, например, утомленное солнце, ласковое море,
полновесная аргументация, тяжелая фраза.
• номинативная метафора образуется при переносе названия,
замене одного описательного значения другим и служит
источником омонимии, например, журавль на колодце, кулачок в механизме;
• когнитивная метафора возникает в результате сдвига в
сочетаемости предикатных (признаковых) слов (прилагательных и
глаголов). Она создает полисемию (многозначность), например,
жесткая закономерность, мягкий подход, расплывчатая мысль;
• генерализирующая метафора стирает границы в значении
слова между логическими порядками, и весьма часто является
конечным результатом когнитивной метафоры. Она формирует
предикаты общего значения, например, живые и мертвые языки,
провести исследование, метод конечных элементов, конечные разности.
В зависимости от того, как одно понятие упорядочивается либо
организуется в другом понятии, с которым оно сопоставляется, различают
три вида метафор.
Структурные метафоры — одно понятие структурно
метафорически упорядочивается в терминах другого, например, идеи — двигатель
прогресса, дети — цветы жизни, каркас — скелет здания.
Ориентационные метафоры характеризуют связи понятий с
пространственной или временной ориентацией, например, верх
наглости, вникнуть в глубину проблемы, преодолеть барьер противоречий,
время — деньги.
Метафоры сущности и субстанций помогают осмыслить
опыт в терминах уже освоенных объектов и веществ. Можно выделить
разные способы употребления таких метафор:
• способ обозначения: боязнь высоты, нежелание понять;
• количественная характеристика: много энергии, знаний, огромный
объем информации;
• выделение аспектов: темп современной жизни, скоротечность
времени;
• определение причин: груз обязанностей, давление обстоятельств;
• постановка цели и мотивирование действий: найти виновника,
обрести счастье, справиться с проблемой, добить задачу;
• метафоры, связанные с вместилищем: поле зрения, участвовать в
теме, впасть в немилость, выйти из ступора, вписаться в поворот,
выйти из себя.
Часто метафоры порождают самые обыденные объекты. Окна домов
дали идею «окон» Windows. Жаргонные выражения тоже имеют в своей

4. Синектика
53
основе метафору: «потек», «прогнулся», «сломался» говорят о человеке,
поддавшемся внешнему воздействию, «слинял, смылся» — быстро
покинул место событий. Изящная женщина может покинуть помещение не
иначе, как «упорхнув». «Выкатываться» ей не позволяет контекст.
Иногда для обозначения сложных явлений параллельно существуют
научные термины и соответствующие им объясняющие метафоры,
например, ригидный — «тормоз», экстраверт — «душа нараспашку»,
интроверт — «себе на уме». Три слова «карта не есть территория» позволяют
отразить тот факт, что любое описание объекта не будет абсолютно
полным. Все это подтверждает огромный продуктивный потенциал
метафор для решения проблем.
Некоторые игры явились источником ряда метафор, например,
игры в шашки и шахматы. Выражения «выйти в дамки» или «проходная
пешка» могут характеризовать успешные действия, взлеты карьеры
и т. п. Метафора «профукать» означает бестолковый результат,
проигрыш. «Разменять фигуры» может означать эквивалентный обмен.
«Зевнуть фигуру» — пропустить что-то важное, упустить значимое событие.
Часто применяется шахматная метафора «ход конем». Она означает
отклонение от линейного, предсказуемого поведения, возникновение
неожиданного хода событий. Рассмотрим на этом примере формирование
общей конструкции метафоры.
В метафоре выделяют четыре структурных элемента (рис. 4.4).
Структурные элементы метафоры
Категория или контекст
Объект внутри конкретной
категории
Процесс, каким этот объект
осуществляет функцию
Приложения этого процесса к
реальным ситуациям или
пересечения с ними
Пример
Игра в шахматы
Фигура коня
Ходит буквой «Г»
Ситуация неожиданного,
хитрого, непредсказуемого
поступка
Рис. 4.4. Схема метафоры
По схеме, представленной на рис. 4.4, можно строить метафоры,
моделирующие сложные и не до конца понятные явления, в том числе
для ТО.
К символическим аналогиям относится также оксюморон (от
греч. oxymoron — остроумно-глупое) — стилистический оборот речи, в
котором сочетаются семантически контрастные слова, создающие
неожиданное смысловое содержание; парадоксальное объединение поня-

54
Раздел 1. Общие приемы поиска решений
тий, относящихся к одному объекту, например, слепящая мгла, холодный
кипяток, сладкая горечь, умный глупец, кипящий слой, невидимый свет,
неслышимый звук.
Символическая аналогия в виде оксюморона представляет собой
определение предмета, состоящее из двух слов. Каждое из слов
является характеристикой предмета, но эти слова противоположны по
смыслу, что приводит к внутренней противоречивости оборота. Цель
оксюморона — обнаружить в привычном парадокс, неясность,
противоречие.
Часто оксюморон используют в виде заглавия художественных
произведений, например, Горячий снег, Живой труп, Горький мед.
Пример 4.2. Оксюмороны для ТО.
Шлифовальный круг — точная шероховатость.
Храповой механизм — надежная прерывистость.
Автомобильная свеча — послушная молния.
Прочность — принудительная целостность.
Инфракрасная оптика — зрячий слепец.
Множество — благоразумная ограниченность.
В приложении П8 приведены некоторые методические
рекомендации по созданию метафор и оксюморонов.
4.2.4. Психологические предпосылки синектического подхода
Психологические предпосылки синектического подхода базируются
на особенностях функционирования мозга человека. Левое полушарие
обрабатывает данные последовательно. Оно лучше всего оперирует с
логическими, словесными и аналитическими категориями. Это прямой
(рациональный) и относительно медленный способ мышления.
Правое полушарие охватывает проблему в целом и обрабатывает
информацию одновременно в различных аспектах. Правополушарное
мышление оперирует образами, метафорами, смыслами, отвечает за
интуицию. Это косвенный (иррациональный) и очень быстрый
(практически мгновенный) способ мышления.
Между полушариями имеются связи, и чем больше связей, тем
эффективнее мыслительный процесс.
Использование прямой аналогии преимущественно способствует
активизации левого полушария, которое осуществляет отбор, сравнение,
систематизацию и экспертизу признаков сопоставляемых объектов.
Правое полушарие выполняет мысленный синтез образа
возможного решения путем представления, воображения.
Выявление аналогий означает нахождение объекта (или объектов),
имеющего один или несколько признаков, общих с исследуемым
проблемным объектом.

4. Синектика
55
Личная, фантастическая и символическая аналогии активизируют
преимущественно правополушарное мышление. В процессе
сопоставления открытые (перцептивные) признаки объекта по мере
трансформации видения проблемы (образа проблемы) сменяются неочевидными
(латентными, скрытыми) признаками, т. е. описание объектов в
терминах рассматриваемой предметной области преобразуется в контекст
образных понятий.
Использование личной, фантастической и символической аналогий
способствует не только сознательному запуску работы подсознания
путем включения правополушарных механизмов обработки информации,
но и создает условия для параллельной обработки информации,
одновременно левым и правым полушариями, что способствует более
интенсивному мышлению. Здесь можно говорить о синергетическом
эффекте, проявляющемся в мышлении.
Спектр инструментов (операторов) синектики, используемых для
сравнения, выявления сходства и различий, можно изобразить в виде
шкалы (рис. 4.5). При переходе от прямой аналогии к символической
трансформируется восприятие проблемы: общие признаки
проблемного объекта и объекта-аналога становятся все более неочевидными,
скрытыми, смысл перетекает в контекст.
Признаки аналога
открытые, контекст
отсутствует
Признаки аналога
открытые, появляется
личный контекст
Прямая аналогия
Эмпатия
Фантастическая
аналогия
Символическая
аналогия
Трансформация восприятия проблемы
^ '^ц^и^^^дыищ^мздвдцдзди
Рис. 4.5. Шкала операторов синектики для выявления сходства объектов
Аналогия в синектике рассматривается как операция образования
связей между предметами, которые на первый взгляд являются
несопоставимыми.
Особенность синектики состоит в том, что с ее помощью
выявляются идеи и решения, смысл и высокий творческий уровень которых
напрямую не обусловлен имеющейся по этой проблеме информацией и
не является результатом строгих логических рассуждений.
Новизна подхода Гордона заключается в том, что он первым указал
на аналогии, как на инструменты психики, обеспечивающие доступ к
творческим ресурсам подсознания, органично дополнив это приемами
для смены перспектив и позиций восприятия проблемы.

56
Раздел 1. Общие приемы поиска решений
То, что выглядит как хаотичный перебор вариантов на самом деле
есть проявление эмерджентности, всплывание, вспоминание и т. п.
Этот способ мышления иногда называют «путь паука» — знание из
себя (в отличие от процесса последовательного сбора информации,
накопления знаний и их систематизации, которые определяют как «путь
пчелы»).
Применение операторов синектики создает возможность
сознательного использования ресурсов подсознания и настройки специалиста на
особое творческое состояние при решении технических задач —
состояние потока. Оно способствует получению оригинального, нового
результата. «Состояние потока» реализуется на практике благодаря
использованию некоторых универсальных стратегий мышления, которые
базируются на том, что у разных людей набор психологических
состояний в процессе творчества оказывается сходным. Вхождение в
«состояние потока» достигается использованием операторов синектики,
которые можно применять как при коллективном решении задачи, так и
при индивидуальной работе специалиста.
Синектика используется для разработки перспективных
направлений, разрешения проблемных ситуаций, нахождения неожиданных
оригинальных решений.
В исследованиях психологов многократно отмечалось, что
достижению цели предшествуют два связанных между собой психических
состояния. Сначала ощущение направления поиска решения и объема
необходимой работы, затем осознание правильности выбранного пути,
переходящее на следующей стадии в инсайт, — озарение. Описанный
процесс всегда сопровождается высоким положительным
эмоциональным состоянием, душевным подъемом и сам по себе является хорошим
стимулом. В синектике такие психологические состояния сознательно
воспроизводятся с целью повышения творческого потенциала при
решении задач.
4.3. Применение операторов синектики для поиска решений
Отечественные и зарубежные психологи на протяжении многих лет
изучают феномен творчества и создали целый ряд концепций
творчества как психического процесса. В последние годы их исследования все
чаще пересекаются со стратегиями технического творчества, в
результате чего методы поиска новых технических решений приобретают
научное обоснование. Например, известный российский психолог Я. А.
Пономарев отмечал, что в основе успеха творческого решения задачи
лежит способность действовать в уме, которая определяется высоко
развитой способностью детальной проработки внутреннего плана
действий. Один из вариантов формирования этих способностей —
овладение методами синектики.

4. Синектика
57
4.3,1. Превращение незнакомого в знакомое и наоборот
Синектика включает в себя два мыслительных процесса, постоянно
воспроизводимых на всех этапах работы: превращение незнакомого в
знакомое и превращение знакомого в не знакомое.
Превращение незнакомого в знакомое заключается в
том, что новое неизвестное содержание (сущность, объект, процесс)
рассматривается в известном (знакомом) контексте. Например,
термическое осаждение металлических пленок похоже на осаждение паров
кипящей воды на холодном блюдце, ионное травление похоже на
пескоструйную обработку, катапульта — это аналог лука, только вместо
стрелы используется заряд или камень; процесс решения задачи
напоминает постройку дома: сначала закладывают фундамент, привозят
материалы, возводят стены, устанавливают крышу, затем производится
внутренняя отделка.
Превращение незнакомого в знакомое представляет собой
разновидность анализа проблемы путем поиска аналогии с известным
объектом. При этом проблема разделяется на подпроблемы, для каждой из
которых подбираются знакомые аналогии.
Похожий подход прослеживается, например, в методах воспитания
Эйнштейна. Интерес к математике проявился у А. Эйнштейна рано. Его
дядя Якоб говорил мальчику: «Алгебра — это веселая наука. Когда мы
не можем обнаружить животное, за которым охотимся, мы временно
называем его "икс" и продолжаем охоту, пока не засунем его в сумку».
Прямая аналогия, рассмотренная в разд. 2.3, наиболее часто
применяется для превращения незнакомого в знакомое.
Пример 4.3. Меднение диэлектрика. Необходимо разработать
технологию получения медных покрытий на диэлектрике. Гальваническое
покрытие возможно только для электропроводных материалов.
Очевидное решение — приклеить фольгу к диэлектрику. Можно,
по аналогии с графитированием, натереть диэлектрик медной пудрой.
Но эти простые методы не обеспечивают хорошего сцепления меди с
диэлектриком и тонкого ровного слоя меди. А без них невозможно
осуществить изготовление печатных плат. В качестве аналога рассмотрим
процесс приготовления обеда:
Знакомое явление (аналог): Незнакомое явление — технология
приготовление обеда осаждения меди на диэлектрик
Твердые продукты (основа)
Жидкие продукты (среда для готовки)
Посуда, в которой готовят
Инструменты (вилки, ложки, ножи)
Средства контроля (мерные стаканчики,
весы)
Заготовки стеклотекстолита или
другого диэлектрика
Растворитель — вода
Ванны из пассивного материала
(фторопласт, нержавеющая сталь)
Подвески, крючки
Весы, химические реактивы

58
Раздел 1. Общие приемы поиска решений
Знакомое явление (аналог):
приготовление обеда
Источник энергии, способ нагрева (или
охлаждения)
Средства автоматизации (миксер, блен-
дер, мясорубка, шинковки и др.)
Необходимые добавки (соль, сахар)
Специи для вкуса (перец, ваниль, корица)
Проверка качества обеда (дегустация)
Незнакомое явление — технология
осаждения меди на диэлектрик
Электронагреватель, горячий воздух,
горячая вода
Робот-манипулятор
Комплексные соли металла, щелочь,
буферные добавки и др.
Катализаторы, поверхностно-активные
вещества, стабилизаторы
Контроль качества покрытия
В процессе приготовления обеда возникают частные вопросы,
последовательно отвечая на которые, можно полностью составить
требуемый технологический процесс. Например, какая должна быть
температура ванны с реактивами, какие катализаторы, стабилизаторы нужно
добавить в раствор, какие методы контроля применить для
полученного покрытия?
Составив таблицу, можно приступить к проектированию
технологии получения медных покрытий на диэлектрике (неизвестную
заранее), как приготовление обеда. Смысл составления таких таблиц
состоит в возможности мобилизации и частичного использования
имеющихся у специалиста знаний из другой области. В результате формируется
технология химического осаждения меди.
Рекомендуемая последовательность действий при использовании
аналогии операций.
Шаг 1. Записать свою проблему на листе бумаги.
Шаг 2. Выбрать вид деятельности, с которым будет сопоставляться
проблема и связать свою идею с одной из фраз, приведенных,
например, в табл. 4.2.
Таблица 4.2. Список видов деятельности*
Игровая
деятельность
Настольные
игры
Спорт
Скалолазание
Удачный ход ' Рыбалка
Игра в
шахматы
Городки
Командные
игры
(футбол)
Единоборства
Семейные дела
Планирование
свадьбы

Приготовление блюд
Воспитание
ребенка
Скачки Уборка
квартиры
Авторалли
Отдых
Встреча друзей
Охота
Схватка с
медведем
Поход на
природу
Профессиональная деятельность
Чтение лекции
Написание
романа
Ремонт машины
Постройка дома
Посещение Продажа товара
цирка
* Можно составить свой список видов деятельности, которые более соответствуют
стилю мышления решающего задачу и порождают развитые ассоциации.

4. Синектика
59
Шаг 3. Разбить рассматриваемый вид деятельности на этапы.
Например, если выбрана постройка дома, тогда рассматриваются: план
постройки, фундамент, подрядчики, местоположение, коммуникации,
тип дома, закладные, коммунальные услуги и т. п.
Шаг 4. Связать особенности постройки дома с исследуемой
проблемой, задавая вопросы типа: из чего сделан дом? Этот дом большой и
просторный? Как расположен дом? Можно воспользоваться шестью
вопросами, ответы на которые описывают трудовые операции: что, где,
когда, кем или с помощью чего, зачем, как?
Шаг 5. Выбрать три хорошие идеи, которые появились в результате
проведенной работы. Записать их на будущее. Одну из них расписать
подробно для решения задачи.
Пример 4.4. Выращивание кристалла. Требуется вырастить
правильный кристалл из насыщенного раствора соли.
Вещества в виде правильных кристаллов обладают рядом
уникальных свойств. Например, кристаллы сегнетовой соли служили диодами
в первых радиоприемниках. Главная проблема технологии
выращивания самых разных кристаллов — это получение крупных кристаллов
без дефектов кристаллической решетки (правильный кристалл).
Шаг 1. Можно вырастить кристалл из насыщенного раствора
поваренной соли или из медного купороса.
Шаг 2. Сопоставим процесс выращивания кристалла с
воспитанием ребенка — выращивание кристалла похоже, например, на то, как
растят ребенка.
Шаг 3. Разработать методику воспитания, режим дня, обеспечить
чистоту, хорошие материальные условия: посуда, мебель, пища,
комфортная обстановка температура, музыка. Детей может быть несколько.
Найти индивидуальный подход к ребенку, мальчикам нужно одно
воспитание (строгое), девочкам — другое, более нежное.
Шаг 4. Идеи: проверить воздействие температуры, чистоты среды,
лабораторной посуды на качество и скорость роста кристаллов. Что
взять в виде затравки для выращивания одиночного кристалла и друзы
(нескольких сросшихся кристаллов)? Как поддерживать требуемую
концентрацию раствора? Проверить действие звука (музыки) или
ультразвука на выращивание правильных кристаллов, сортировать соли по
трудности выращивания кристаллов. Какая должна быть температура:
комнатная, пониженная вплоть до замерзания или повышенная? А
может быть, выращивать кристаллы из расплава солей?
Шаг 5. Составить программу исследований технологии
выращивания кристаллов, откорректировать ее по результатам экспериментов.
При возможности изучить действие ультразвука и других полей на рост
кристаллов.
Таким образом, метод превращения незнакомого в знакомое
позволяет сформировать последовательность шагов, каждый из которых
может быть сделан с использованием имеющегося опыта, а в
совокупности они дают возможность создать новый технический объект —
конструкцию или технологию.

60
Раздел 1. Общие приемы поиска решений
Превращение знакомого в не знакомое заключается в
том, что известное (знакомое) содержание, рассматривается в новых
(незнакомых) контекстах. Например, все возможные применения
скрепки: электрическая перемычка, подпорка для цветка, цепочка,
рыболовный крючок и т. д. Такой подход позволяет выявлять новые
качества объекта и его новые возможные связи.
Известный психолог С. Л. Рубинштейн отмечал: «Включая объекты
мысли в новые связи, мы как бы поворачиваем их каждый раз другой
стороной, выявляем в них новый аспект, как бы "вычерпываем" из
объекта все новое содержание» [103].
Таким образом, превращение знакомого в не знакомое позволяет
выявить до этого неизвестные, скрытые свойства объекта, благодаря
которым объект может найти совершенно новое и уникальное
применение. История техники знает много случаев, когда при использовании
этого приема у объекта обнаруживали дополнительные свойства,
которые приводили к созданию качественно новых технологий и устройств.
Пример 4.5. Возникновение и развитие электроэрозионной обработки.
В годы Великой Отечественной войны на одном из оборонных заводов
Урала инженер Б. Р. Лазаренко искал причину эрозии и разрушения то-
конагруженных электрических контактов. Он установил, что это связано
с искровым разрушением металла. Испытывались серебро, платина,
железо, никель, вольфрам, медь и многие сплавы. Контакты помещались в
различные жидкие среды, но положительных результатов не было.
В процессе работы было обнаружено, что возникающие между
электрическими контактами дуга и искра, ведут себя по-разному
относительно анода и катода. Если дуга разрушает катод, то искра обладает
противоположным действием — разрушает анод. Кроме того, удалось
установить, что интенсивностью разрушения любого из контактов
можно легко управлять, изменяя емкости колебательного контура.
С увеличением емкости подключаемых конденсаторов уменьшается
дуга и ярче, сильнее становится искра. При превращении дугового
разряда в искровой происходит перенос частиц материала анода на катод.
Для борьбы с эрозией стали подбирать электрические параметры
колебательного контура так, чтобы контакты работали на границе
инверсии, при которой разрушение анода и катода минимально.
Исследования шли к завершению, когда в результатах экспериментов была
обнаружена одна, казалось бы, незначительная особенность, которая
заинтересовала ученого, — жидкие среды, в которых испытывались
контакты, через несколько минут работы мутнели. Исследования под
микроскопом показали, что жидкость содержит микронные шарики из
материала анода. Таким образом, искра превратилась в инструмент для
изготовления тончайшего металлического порошка.
Благодаря обнаруженному явлению удалось создать первую
лабораторную установку производительностью около 700 г металлического
порошка в сутки.
Само же явление, выглядевшее первоначально как вредное, стало
использоваться для создания совершенно новых методов обработки
материалов: электроискровых технологий.

4. Синектика
61
Вредное явление — эрозия контактов — обратилось в полезное!
Затем была поставлена задача увеличения скорости разрушения
электрода и повышения производительности процесса для получения
порошка, т. е. задача, противоположная по своей сути исходной.
Лазаренко осуществил переход от более или менее познанных
процессов к новой незнакомой области — изучению процессов и явлений,
направленных на разрушение материалов.
Далее было обнаружено, что при более жестких электрических
режимах, выбранных для интенсификации процесса получения
порошков, квадратный электрод-катод «прошил» насквозь металлическую
пластину электрода-анода. В ванне находился мелкий порошок, а в
одном из электродов образовалось квадратное отверстие! Так в
лаборатории Лазаренко появился принципиально новый метод обработки
материалов, который был назван электроискровым, а вместе с ним
появился и новый вид инструмента электрод-инструмент.
При сближении двух электродов, находящихся в диэлектрической
жидкости, возникает электрический разряд. Он образуется между
наиболее выступающими точками электродов, когда напряженность
электрического поля достигает значений, достаточных для пробоя
межэлектродного промежутка.
Благодаря высокой плотности энергии, доходящей до 30 000 Дж/мм2,
в зоне канала разряда при электроискровой обработке развиваются
температуры порядка 10 000 °С, при которых любые металлы
молниеносно плавятся и испаряются. Поскольку длительность искрового
разряда очень мала, то высокие температуры локализуются в микрообъеме
поверхностных слоев детали анода.
Следующие разряды возникают уже на новом месте поверхности
электродов между двумя наиболее сближенными вершинами
шероховатостей. Разряды последовательно образуются на разных точках
поверхности до тех пор, пока не будут удалены все участки металла,
находящиеся на пробивном расстоянии. После этого разряды прекратятся и
произвольно не возникнут, пока электроды снова не будут сближены.
Из приведенного краткого описания следует, что импульсы
вырабатываются за счет периодического изменения проводимости
межэлектродного промежутка, а их параметры в значительной мере
определяются свойствами этого промежутка. Для улучшения управляемости
процессом обработки потребовалось генерировать импульсы не в
самом рабочем зазоре, а вне его, с помощью какой-либо электрической
схемы с требуемой характеристикой без участия свойств
межэлектродного промежутка. В 1951—1953 гг. были разработаны специальные
генераторы импульсов с использованием машинных генераторов,
электронных ламп, ионных приборов, диодов и транзисторов. Применение
разнообразных генераторов импульсов, независимых от свойств среды,
позволило увеличить снимаемый слой металла по сравнению с
электроискровой схемой обработки более чем в 10 раз и довести
производительность до 103...104 мм3/мин при значительно меньшем износе
инструмента и расходе электроэнергии.
Были разработаны специальные системы, поддерживающие
автоматически требуемый рабочий зазор между электродами и
обеспечивающие нужную форму импульса, длительность импульсов и проме-

62
Раздел 1. Общие приемы поиска решений
жутков между ними, что является необходимыми условиями для
получения качественной поверхности обрабатываемой детали.
Таким образом возникла и развивается новая технология —
электроэрозионная обработка, которая получила широкое применение.
Так знакомое превращается в новое, не знакомое, так
синтезируются новые ТС.
Для создания хороших изобретений требуется высокая
креативность, т. е. наличие у специалиста творческих способностей.
Креативные идеи могут возникать при трансформации видения объекта, или
трансформации контекста, в который включен объект. Измененное,
ассоциативное видение объекта будет тем креативнее, чем более
скрытым, латентным, неочевидным будет признак, который является общим
с сопоставляемым объектом (см. рис. 4.5).
Пример 4.6. Металлическая скрепка как источник множества идей.
Для объекта «скрепка» по известным ее свойствам можно придумать
новые для нее функции:
Знакомые свойства скрепки
Скрепка — проводник тока
(трансформация контекста)
1 Изогнутая скрепка
: (трансформация видения)
Распрямленная скрепка
(трансформация видения)
Несколько сцепленных скрепок
(трансформация контекста)
Магнитные свойства скрепки
(трансформация контекста)
Незнакомые функции скрепки
Перемычка в электрической цепи
Нагреватель
Инструмент для выжигания
Источник света (в раскаленном состоянии)
Крючок для подвешивания легких предметов
Крючок для рыбы
Крючок для скрепления одежды
Подпорка для рассады
Чистка пазов и отверстий
Нанесение линий на поверхности
Шило
Указка
Инструмент для акупунктуры
Цепочки, браслеты
Елочные украшения
Занавеска
Рамка для фото
Магнитная запись информации
Стрелка компаса
Обнаружение магнитного поля
Таким образом получен спектр технических решений, в основе
которых лежит скрепка. Например, магнитная запись не на прямую
проволочку, а на свернутую спиралью позволит экономить место; занавес-

4. Синектика
63
ка из разъемных элементов может менять свой размер в зависимости от
размера окна и т. п. Это не означает, что использовать нужно
обязательно канцелярскую скрепку, напротив, получив идею, можно ее
развить — спроектировать скрепочный элемент специально под задачу.
Например, для чистки пазов и отверстий можно выпускать
специальную заостренную проволочку, сложенную в несколько раз, которую
можно отогнуть на нужную длину. Указку можно изготавливать из
толстой мягкой проволоки в яркой цветной оплетке, с наконечниками,
при изгибе петлей она может служить закладкой.
Пример 4.7. Заслонка для регулирования потока пульпы. При
перекачке пульпы (поток воды, переносящий руду или пустую породу)
необходимо регулировать ее расход. Для этого применяются заслонки.
При эксплуатации поверхность заслонки подвергается ударам,
царапается и, в конечном счете, быстро разрушается. Была поставлена задача
создания неразрушаемой заслонки. Поиск конструкции заслонки для
регулирования потока пульпы начали с конструирования метафор.
Получили следующий набор: живая броня, невидимая кольчуга, бессменная
пеленка, отрастающий панцирь. Последняя аналогия подсказала идею
технического решения и была поставлена задача: как сделать так,
чтобы на поверхности заслонки все время нарастал защитный слой?
Изнашивается и нарастает.
В результате было получено техническое решение: подавать к
заслонке охлаждающий агент — она будет покрываться слоем льда,
предохраняющим от истирания и восстанавливающимся по мере разрушения.
Как было уже показано, перенос названий с одних объектов на
другие и превращение их в метафоры позволяет подобрать наиболее
подходящий способ образной характеристики ТО и, тем самым, выявить
новые, неожиданные, порой скрытые полезные свойства.
В настоящее время разработаны разные рекомендации по
формированию метафор [66, 123]. Один из способов предполагает помещение
своей идеи или проблемы в параллельную сферу деятельности. Так,
слова «творческая кухня» могут относиться не только к приготовлению
пищи, но и к химической лаборатории или к механической мастерской.
«Пройти дистанцию от старта до финиша, преодолев все барьеры»
означает не только соревнования на стадионе, но и поисковую творческую
работу. Метафора дает возможность подобрать наиболее подходящую
образную характеристику технического объекта. Это позволяет
обнаружить новые свойства у исследуемого явления [20].
4.3.2. Методические рекомендации по решению задач
Синектика, как метод решения задач творческой группой, был
разработан А. Гордоном применительно к «мозговому штурму» (см.
приложение П9). Однако предложенные им методические рекомендации
можно с успехом применять и при индивидуальной поисковой работе.

64
Раздел 1. Общие приемы поиска решений
На первом этапе этого поиска выясняют, что хочет заказчик,
формулируют и уточняют п р о б л е м у как она дана (ПКД). На этом
этапе важно выявить положительные и отрицательные аспекты
рассматриваемой проблемы, понять какая сложится ситуация после решения
задачи. Более подробно этот этап раскрыт в подразд. 11.3.1.
Уяснению сути проблемы существенно помогает применение
прямой аналогии (табл. 4.3), т. е. использование операции превращения
незнакомого в знакомое.
Таблица 4.3. Примерный перечень вопросов, вызывающих аналогию
Вид аналогии
Прямая
Эмпатия
Фантастическая
Символическая
Вызывающие аналогию вопросы
Где в живой природе имеется ... (такая же форма, такой
же принцип действия, такая же структура)?
Как решается подобная задача в другой области знания?
Чтобы бы я предпринял, если бы был...?
Как бы я разрешил проблему, если бы имел волшебную
палочку..., если бы не действовал закон..., и т. д.?
Каким тропом можно охарактеризовать проблему?
В процессе анализа проблемы могут появиться некоторые
решения. Однако на них не нужно останавливаться. В некоторых случаях
полезно первые предложенные решения критически оценить, выявив
в них элементы проявления ВПИ. На этом этапе важнее найти новые
точки зрения на задачу и ее новые перспективы, а не конкретные
решения.
На втором этапе для расширения области поиска и нахождения
оригинального подхода к решению задачи стремятся к тому, чтобы
отвлечься от конкретных условий задачи, уйти от привычного хода
мышления. При «мозговом штурме» это достигается тем, что у каждого
члена группы свое видение поставленной задачи (ПКД). Это приводит к
появлению нескольких аспектов понимания проблемы.
При индивидуальном решении задачи используют прием перехода
от знакомого к не известному, для формулирования проблемы
применяют метафоры. Сделать знакомое не знакомым можно различными
способами:
• придумать другие разнообразные применения рассматриваемого
объекта (чем больше, тем лучше);
• применить инверсию (см. разд. 2.2), придумать в задаче что-то
наоборот.
Первоначально поставленная задача получает новые формулировки,
проблема удаляется из первоначального контекста, помещается в иные
разнообразные контексты, приобретает автономию. Часто
первоначально поставленная задача дробится на ряд частных задач. Результат этого
этапа в синектике назван — проблема как ее понимают (ПКП)
(см. приложение П9).

4. Синектика
65
Например, перед технологом возникла задача (ПКД): как при
изготовлении детали удалять заусенец, образующийся после сверления
отверстия 02 мм, которое выходит в канавку и как контролировать его
отсутствие (рис. 4.6)? Образование заусенца обусловлено вязкостью
материала детали.
0 40
Рис. 4.6. Фрагмент детали
Анализ ПКД может привести к постановке еще двух задач: как
сделать так, чтобы заусенец не образовывался? Какую функцию
выполняет это отверстие и можно ли изменить конструкцию детали таким
образом, чтобы требуемая функция выполнялась, а отверстия, которое
выходило бы в канавку не было.
Чтобы получить расширенное представление о множестве
аспектов задачи, можно предположить, что деталь сделана из очень
пластичного вязкого материала. Это может быть, например, пластилин,
сливочный крем масло и т. п. Можно также представить деталь,
выполненную из слоистого материала (асбест, слюда), в которых также
появятся заусенцы от сверления. Однако природа причин
образования заусенцев разная.
Таким образом, ПКП будет представлять собой уже целый ряд
частных задач.
На третьем этапе ведется генерирование идей. Используются
различные виды аналогий (см. табл. 4.3).
На четвертом этапе сопоставляют выявленные в процессе
генерирования идеи с ПКП. Важным элементом этого этапа является
критическая оценка идей. Идею помещают в контекст первоначально
поставленной задачи: от известного к не известному, — что получится, как
себя поведет в новых связях идея. Это синтез решений. На этом этапе
выясняется, истинная потребность заказчика.
Наряду с поиском приемов решения задачи целесообразно
консультироваться со специалистами, проводить эксперименты, обсуждать по-

66
Раздел 1. Общие приемы поиска решений
лучаемые результаты, искать наилучшие способы реализации решений.
Для этого поочередно меняют объем понятий, используемых в задаче
(от общего к частному и наоборот), и акценты по исследуемому
объекту проблемы (от конкретного к абстрактному и наоборот).
Нередко конечное решение, к которому приходит решающий
задачу, кажется столь естественным, что трудно отделаться от впечатления,
будто бы его можно было получить и без хитроумных процедур анало-
гизирования.
В процессе поисковой деятельности обычно придерживаются
определенного плана (рис. 4.7).
Г
1. Проблема как она дана (ГЖД): постановка задачи в общем виде
2. Анализ проблемы, чтобы сделать ее знакомой
3. Отсеивание первых решений
4. Проблема как ее понимают (ПКП)
5. Генерирование аналогий - вызывающий аналогию вопрос (ВАВ)
V
Прямая
V
*
Личная
Фантастическая
V
Символическая
<
6. Развитие аналогий, обыгрывание аналогий, выявление их значений
7. Использование аналогий
Применение понятия аналогии к ПКД и ПКП для
генерирования идей
<г
IV
<
8.
Выбор альтернатив:
-если возникла новая идея, ее развить
и оценить
-если новой идеи нет, делать
знакомое не знакомым
9. Поиск новых аналогий:
-путем новых ВАВ, и
повторения п. п. 6и7
- возвращение к ПКП,
постановка новых
ВАВ, повторениеп.6и7
-новое формулирование
ПКП, возвращение к п. 1
Рис. 4.7. Схема систематизированного синектического поиска:
I, II, III, IV — основные этапы процесса

4. Синектика
67
Пример 4.8. Усовершенствование технологии поверхностного
монтажа. Технология поверхностного монтажа заключается в установке чаще
всего плоских электронных компонентов на поверхность печатной
платы без использования монтажных отверстий (рис. 4.8).
Корпусная микросхема
Плата
Компоненты с осевыми выводами
Бескорпусная
микросхема
-Д R-
вяг
f^gHNWiK** | j МГГ—^
Безвыводные компоненты
Рис. 4.8. Двусторонний поверхностный монтаж
Поверхностно монтируемые элементы либо не имеют выводов
вообще, либо эти выводы расположены по бокам и под корпусом
элемента. На плате располагается большое количество типономиналов и они
имеют малые размеры.
В современной технологии поверхностного монтажа имеется ряд
нерешенных проблем, препятствующих ее дальнейшему улучшению.
Например, при пайке в инфракрасной печи второй стороны
электронного узла, показанного на рис. 4.8, происходит расплавление паяных
соединений первой стороны платы, спаянной ранее. При этом
отваливается часть компонентов. Есть проблемы по нанесению припойной
пасты, точному позиционированию элементов относительно
контактных площадок и др.
Одна из сложностей монтажа — для экономии места выводы
изготавливают на корпусе или под корпусом радиоэлемента, но при этом
затрудняется доступ к контактным площадкам и сложно осуществить
надежную пайку элементов на плату. Требуется разработать такие кон-
структорско-технологические решения, которые обеспечат
качественный монтаж и пайку элементной базы, высокую надежность,
производительность и гибкость технологии.
Шаг 1. Исследование проблемы в том виде, как она
сформулирована заказчиком. Выделить значимые факторы, участвующие в описании
проблемы. Составить перечень факторов, соответствующих
существующей ситуации, затем — желаемой ситуации.
Шаг 2. Интерпретация проблемы в знакомую ситуацию с помощью
метафор (например, «Уборка в доме», «Приготовление обеда»,
«Постройка дома», «Уход за домашним животным» и т. п.).
Выбирают вид деятельности и составляют перечень операций в
терминах выбранного процесса. Например, «Готовят обед»: берут
различные продукты, моют их, режут, некоторые смешивают друг с другом,

68
Раздел 1. Общие приемы поиска решений
варят (жарят) и ставят на стол в определенном порядке (почти
технология сборки печатных плат).
Шаг 3. Получение первых решений: разработка вариантов
технологических операций.
Обезжиривают в растворителях электрорадиоэлементы, сортируют
их по корпусам. Помещают в групповое приспособление, подвергают
лужению. На плату по трафарету наносят припойную пасту.
Радиоэлементы устанавливают на плату, совмещая их с контактными
площадками. Нагревают в инфракрасной печи для расплавления припоя.
Необходимо выработать оптимальный порядок последовательного
размещения электрорадиоэлементов и пайки. Можно смешивать
разные электрорадиоэлементы, выполненные в одних и тех же типах
корпусов.
Анализ тривиальности решений и последовательный отказ от них:
требуется много приспособлений — по числу типономиналов корпусов,
не избежать перегрева элементов, не решена задача точного
позиционирования по контактным площадкам.
Шаг 4. Переформулирование исходной задачи, как ее понимают в
нетривиальном аспекте. Для полного раскрытия смысла задачи
составляются метафоры, например, змея, кусающая себя за хвост, превращение
гусеницы в бабочку, паук в паутине и т. п.
Шаг 5. Первый цикл поиска аналогий. Дать ответы на вопросы,
приводящие к нахождению аналогий, помогающих решить проблему
(см. табл. 4.3).
Охарактеризовать проблему с помощью набора оксюморонов
(например, придумать название книги, детально описывающей
исследуемую проблему). Например, неподвижная подвижность, привязанный
бегун, прикованная ртуть.
Шаг 6. Развитие аналогий. Все полученные на предыдущем шаге
аналогии внимательно рассматривают применительно к задаче,
выявляют различные варианты их значений.
Расположить метафоры в порядке ослабевания связи со стимулом
при сохранении связи по контексту:
• паук и микросхема: общие признаки — наличие множества
ножек, ножки служат для опоры, их можно изгибать, они могут
прилипать к опоре;.
• мыслящий паук с карманами: микросхема должна нести на себе
дозу припоя и точно заползать на свое место на плате;
• птичка с карманами (паук не летает по воздуху): микросхема
должна нести на себе дозу припоя и точно залетать и садиться
(ножками или телом) на свое место на плате;
• прикованная ртуть. Электрорадиоэлементы, как шарики ртути,
раскатываются по плате — каждая на свое место и там
припаиваются самостоятельно к своим контактным площадкам.
Шаг 7. Практическая адаптация аналогий. Сопоставление
выработанных аналогий с первоначальной формулировкой задачи (проблема,
как она дана) и с выработанной на шаге 4 формулировкой (проблема,
как ее понимают). Составление списка идей, связанных с решением
задачи, с необходимыми для этого ресурсами и контекстом.
Восстановление ПКД.

4. Синектика
69
Шаг 8. Выбор наиболее приемлемых вариантов, развитие идей.
Если идеи оказываются знакомыми, добиться их реализации
незнакомым путем. Результаты работы по шагу 8 представлены ниже:
Что предложено?
Сделать выводы радиоэлементов из
материала с памятью формы
Монтаж электрорадиоэлементов из ленты,
в которой содержится также доза припоя
и флюса
Транспортирование и позиционирование
электрорадиоэлементов сжатым воздухом
(магнитным полем), на контактных
площадках — метки из ферромагнетика
«Ртуть» — жидкий состав, не смачивающий
диэлектрик платы, но при контакте с
металлом выводов выделяющий припой и флюс
Сборка и пайка в специальной жидкой среде
с плотностью, обеспечивающей
«невесомость» компонентов
Как сделать?
Изменением температуры получать
требуемую конфигурацию выводов
Сделать «ленту» не твердой, а жидкой,
момент испарения совпадает с моментом
монтажа на плату
Проводить монтаж в камере с жидкостью, не
вызывающей коррозии и даже являющейся
флюсом
Движением жидкого состава можно
управлять, например, с помощью поля
(магнитного, гравитационного, теплового и др.)
В жидкой среде создавать управляющие
потоки для перемещения компонентов. Пайка
бесконтактная либо диффузионная с
подогревом
Шаг 9. Второй цикл поиска аналогий. Дать ответы на вопросы,
приводящие к нахождению аналогий, помогающих решить проблему
(см. табл. 4.3).
Процесс повторяется снова и снова, пока не будет получен
положительный результат. Об окончании процесса судят по чувству
глубокого удовлетворения, интуитивной уверенности в получении
приемлемого результата и ощущению комфорта.
Шаг 10. При необходимости возвращение к исходной
формулировке проблемы, и ответы на вопросы, приводящие к появлению аналогий.
Шаг 11. Новая формулировка проблемы как ее понимают и
повторение процесса поиска на шагах 1, 2, 6, 7.
Вопросы для самопроверки
1. Что означает термин «синектика»?
2. Назовите виды аналогий, активизирующие правополушарное мышление.
3. В чем заключается применение оператора «превращение незнакомого в знакомое»?
В чем состоит эвристическая ценность применения этого оператора?
4. В чем заключается применение оператора «превращение знакомого в не знакомое»?
В чем состоит эвристическая ценность применения этого оператора?
5. В чем смысл перехода от ПКД к ПКП?
6. Перечислите области применения синектического подхода.

Раздел 2
ПРИЕМЫ И МЕТОДЫ РЕШЕНИЯ ТЕХНИЧЕСКИХ ЗАДАЧ
5. СИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ ТЕХНИЧЕСКИХ
ОБЪЕКТОВ
Для успешной работы с ТО необходимо мысленно сформировать
образ этого объекта и изобразить его в доступном для понимания
виде. Общие черты ТО удобно представить в виде его структуры,
применив соответствующие задаче подходы и модели, используемые для
анализа ТС.
5.1. Структурный анализ технических объектов
Под термином технический объект понимается созданное (или
создаваемое) человеком техническое устройство, предназначенное для
удовлетворения определенных потребностей. Это может быть машина,
аппарат, прибор, сооружение, агрегат, узел. Далее под понятием ТО
будем подразумевать и технологический процесс, функционирующий на
определенном технологическом оснащении.
Создается ТО для удовлетворения определенных потребностей.
Совокупность функций, которые отражают назначение ТО, цель его
создания и определяют его потребительные свойства, принято называть
главной полезной функцией (ГПФ).
В процессе проектирования инженер оперирует понятием ТО не
как физически существующим объектом, а как некоторым абстрактным
понятием в виде некоторых моделей. Это естественно, так как сначала
формируется общая идея, концепция, принцип действия
разрабатываемого устройства, затем создается его конструктивная
(основополагающая) схема действия, проектируется конструкция и разрабатывается
технология ее изготовления.

5. Системный анализ технических объектов
71
Решение технических задач на каждом этапе предусматривает
разработку различных моделей, которые отражают требуемые свойства
создаваемого ТО. Для понимания логики проектирования и выбора
средств для поиска решений технических задач рассмотрим структуру
ТО. Для этого целесообразно воспользоваться систематикой и
иерархическим подходом, предложенным А. И. Половинкиным [90] (рис. 5.1).
Основой функционирования любого ТО являются
физико-технические эффекты (ФТЭ), которые используются для формирования
физического принципа действия (ФПД) ТО.
Технический объект
Технологический процесс
Конструкторско-
технологическое
решение (КТР)
t
Техническая
функция 1
т
Физическая
операция
Техническое
решение
Средства
технологического
оснащения
IV
Техническая
функция q
Конструктивно-схемное
воплощение
III
Выполняемая
функция 1
или.
Выполняемая
функцияр
П
Наименование
операции
Внешние воздействия,
дисциплинирующие условия
Рис. 5.1. Структура формирования технического объекта:
I—ГУ — уровни принятия решений

72
Раздел 2. Приемы и методы решения технических задач
Физико-технический эффект — известные из фундаментальных и
прикладных наук явления, которые описываются соответствующими
законами и закономерностями. Например, законы физического и
химического взаимодействия, принципы и закономерности,
разработанные в таких науках как материаловедение, детали машин,
сопротивление материалов, электротехника и др.
Физический принцип действия — совокупность ФТЭ, (законов и
закономерностей, описывающих физические, химические явления), а
также правила и принципы, в соответствии с которыми сформирована
структура взаимодействия веществ и полей. ФПД используется для
формирования физической операции.
Физическая операция (ФО) — наименование выполняемых ТО или
его компонентом операций по взаимодействию веществ и полей с
указанием входных и выходных величин, и условий, при которых
происходит выполнение этой операции. В основе ФО всегда лежит
определенный ФПД.
ФО и сформулированная цель функционирования ТО представляет
собой техническую функцию (ТФ), выполняемую ТО.
Пример 5.1. Преобразование поля температур в геометрическое поле.
На рис. 5.2 показано два технических решения, которые выполняют
одинаковые ФО — преобразование поля температур в изменение
формы тела, — но отличаются ФПД, ТФ и конструктивно-схемным
решением.
п \
Q
¥
й
А
Рис. 5.2. Преобразование поля температур в геометрическое поле рабочим телом,
применяемое в бытовых газовых плитах (а) и в электрических утюгах (б)
Схема, изображенная на рис. 5.2, а, применяется в качестве
термометра в бытовых газовых плитах. Эффект преобразования поля
температур в геометрическое поле (положение стрелки) достигается за счет
формы тела (ФПД). Материал тела имеет большой коэффициент
линейного термического расширения (ФТЭ). При этом выполняется
функция измерения и указания температуры.
На схеме, приведенной на рис. 5.2, б, показана биметаллическая
пластина, используемая в электрических утюгах.
Ее (ФПД) основан на трех ФТЭ:
• ФТЭ! — закон теплового расширения тел;
• ФТЭ2 — закон Гука;

5. Системный анализ технических объектов
73
• ФТЭз — закон совместности деформаций, т. е. правило
поведения системы, состоящей из двух соединенных между собой
разнородных материалов, при изменении температуры. Функция,
выполняемая биметаллической пластиной — выключение и
включение контактов. Пластина может быть элементом
автоматики для регулирования температуры.
ТФ совместно с описанием конструктивно-схемного решения
составляют техническое решение (ТР). Техническое решение, воплощенное
в конкретном конструкторско-технологическом решении (КТР),
отражается в чертеже конструкции проектируемого ТО.
Принципиальная электрическая схема устройства представляет
собой конструктивное (основополагающее) решение. В ней, как правило,
отражено разделение объекта на функциональные блоки, которые
выполняют некоторые технические функции. Эту схему можно
рассматривать как описание проектируемого устройства на уровне ТР.
Если ТО является технологический процесс формообразования
детали, сборки, монтажа, контроля или испытаний, то ТР представляет
собой модель описания ТО в виде схемы технологического процесса.
Технологический процесс считается спроектированным, если
определены не только последовательность действий, но и средства
технологического оснащения (оборудование, инструмент, приспособление),
режимы выполнения операций.
Изучение приемов работы специалистов показывает, что при
творческом поиске решений технических задач некоторые из них тяготеют
к поиску способа выполнения заданной функции, а некоторые — к
разработке устройства для выполнения функции. В связи с этим можно
выделить два подхода, свойственные человеку: операционный и
предметный, которые определяют направленность поиска при решении
технической задачи (рис. 5.3).
При операционном подходе инженер начинает решение
поставленной задачи по созданию ТО с поиска ФТЭ и синтеза возможных ФПД,
Задана функция
Задана ТФ
Рис. 5.3. Использование операционного и предметного подходов при синтезе ТО

74
Раздел 2. Приемы и методы решения технических задач
и вариантов выполнения ФО. При этом, как правило, формируется
несколько вариантов решения задачи, что приводит к задаче выбора
решения на уровне ТФ (см. рис. 5.1). При поиске способов выполнения
функции в рассуждениях преобладают такие категории мышления, как
операции, действия, поэтому можно говорить об операционном стиле
мышления человека. Такое операционное мышление характерно для
технолога.
Предметный подход ориентирован на разработку устройства с
заданными свойствами, на решение проектно-конструкторских задач.
При предметном подходе человек в большей степени мыслит
категориями предметов и свойств, которыми они должны обладать. Он
ориентирован на анализ конструктивной схемы устройства, выбор
материалов, формы, взаимного расположения компонентов ТО. Такое
предметное мышление характерно для конструктора.
Способ мышления на подсознательном уровне существенным
образом определяет целевые установки человека в процессе решения
задачи. При предметном подходе разработчик внутренне согласен с
принятым ФПД и выбранной ФО. Он не производит поиск решения в этой
области, а ищет хорошее конструкторское решение. Поэтому
операционный подход способствует проработке более широкого спектра
возможных вариантов решения проблемы. Вследствие этого можно
предположить, что операционный подход способствует получению более
сильного решения.
Полезность модели ТО, представленной на рис. 5.1, состоит,
во-первых, в том, что она предоставляет определенные категории мышления
при решении технической задачи. Во-вторых, эта модель упорядочивает
мышление, позволяя выделить основные этапы решения задачи (см.
рис. 5.3). В-третьих, обозримость модели позволяет увидеть, что выбор
вариантов ТО может осуществляться на четырех уровнях (см. рис. 5.1):
I — на уровне ФПД — синтез ФТЭ для формирования ФО;
II — на уровне ТФ — выбор цели функционирования (выполняемой
функции);
III — на уровне ТР — выбор конструктивного (основополагающего,
схемного) решения;
IV — проектирование конструкции (выбор КТР) или технологии —
определение средств технологического оснащения.
С помощью представленной на рис. 5.1 модели ТО можно наметить
план решения задачи. С одной стороны, не следует разбрасываться по
выделенным уровням, т. е. четко представлять себе на каком уровне
осуществляется поиск решения. С другой стороны, для каждого
варианта нижнего уровня нужно просматривать возможные варианты
верхних уровней, вплоть до технического решения.
Далее основное внимание уделено процедурам поиска технических
решений, что соответствует этапу концептуального проектирования.
Проблемы конструирования и проектирования технологических про-

5. Системный анализ технических объектов
75
цессов рассматриваются в соответствующих специальных учебных
дисциплинах.
Изображенная на рис. 5.1 модель открывает направления поиска
возможных решений. Например, если для решаемой задачи можно
сформировать п вариантов ФПД, сформулировать р целей
функционирования ТО и разработать z вариантов конструктивных решений, то
число возможных вариантов технических решений составит п ■ р ■ z.
Если разработать хотя бы по 2 варианта на каждом уровне, можно в
итоге получить 8 вариантов технических решений.
5.2. Модели системного анализа технических объектов
Системное мышление формирует в сознании некоторые модели,
позволяющие структурировать изучаемые объекты. При решении
технических задач используется большое количество различных моделей.
Рассмотрим модели, которые связаны с исследованием объектов как
некоторой системы.
Объектом моделирования могут быть как исследуемые или
проектируемые ТС — конструкции и технологии, — так и проблемы и задачи,
которые требуется решить.
Разработка технического устройства часто начинается с разработки
модели задачи в виде черного ящика (рис. 5.4). Под черным ящиком
понимается ТО, который нужно создать для выполнения некоторой
полезной функции. Название модели образно подчеркивает полное
отсутствие сведений о внутреннем содержании «ящика», о его составе и
связях между компонентами.
Модель в виде «черного ящика» формируется у всех людей, которые
пользуются, например, бытовой техникой, такой, как телевизор,
холодильник, часы и др. Человек вникает в условия эксплуатации ТО, ос-
Рис. 5.4. Модель ТО в виде черного ящика

76
Раздел 2. Приемы и методы решения технических задач
ваивает кнопки и ручки управления. Но он не задумывается о
принципе работы устройства, какие физические процессы в нем происходят
при его работе, какова его структура.
Для того чтобы создать ТО, необходимо разобраться, как работает
«черный ящик», и построить некоторые его модели. Для «ящика»
известными являются: характер управляющего воздействия (вход);
требуемые выходные реакции (выход); характер возможных внешних
воздействий; ресурсы над системы — наличие материальных ресурсов
(энергия, вода, воздух и т. п.), которые можно использовать для
поддержания работоспособности создаваемого устройства и управления
им; требования к качеству выполняемой функции, управления,
контроля, диагностики работоспособности и т. п.
Основной смысл построения модели черного ящика — изучить
взаимодействие объекта с надсистемой, внешней средой, в которую
входит рассматриваемый объект как компонент, и понять, какие
управляющие сигналы должны поступать на вход объекта, и в какие
выходные сигналы они должны преобразоваться.
Системный анализ заключается в выявлении полного перечня
возможных внешних воздействий, управляющих команд и выходных
реакций, соответствующих всем возможным вариантам работы системы.
При построении модели ТС нужно определить из каких
компонентов она должна состоять и как они должны быть связаны между собой.
Поэтому дальнейшее исследование предполагает построение
структурных моделей ТО, компоненты и связи которого позволят обеспечить
требуемое его поведение, чтобы выполнялась полезная функция. Затем
на основе структурных моделей разрабатываются модели,
описывающие его функционирование.
Таким образом создается наполнение этого черного ящика:
формируется состав компонентов ТО, определяются связи между ними и
синтезируется ТР.
Рассмотрим основные аспекты анализа ТС и виды применяемых
моделей. Одна из важных задач при создании ТС — классификация и
выделение из окружающего мира требуемых объектов, состоящих из
связанных структурных единиц — компонентов — и описание их
абстрактными (информационными) моделями.
Для исследования ТС наиболее широкое применение получили
генетический, компонентный и структурный подходы, каждый из
которых позволяет провести анализ ТС в определенном аспекте, а вместе
взятые — комплексное его исследование.
5.2.1. Генетический подход
Этот подход предназначен для ретроспективного анализа
возникновения и развития ТО (генезис) и сопоставления его с
закономерностями развития ТС (см. разд. 7.3).

5. Системный анализ технических объектов
77
История показывает, что для удовлетворения некоторой
потребности сначала создается рабочий орган (РО), выполняющий требуемую
функцию. Это, как правило, наиболее простое техническое
устройство, которое может выполнять полезное действие по отношению к
обрабатываемому изделию — его изменение, измерение или
обнаружение (рис. 5.5). Например, изобретение копья, ручной мельницы,
солнечных часов.
РО ^ «Изделие»
Хр ро S «Изделие»
з. Т •■
/' 0Уч **
' / \ \ «Изделие»
Тр — РО /
Надсистема Окружающая среда
Х-т
*
■*,
ОУ N4
' I ^ ^ «Изделие-
пэ—тр—ро Г~
ч
Рис. 5.5. Возникновение и развитие ТО:
1 — ТО состоит только из рабочего органа (РО); 2 — рабочий орган снабжен трансмиссией
(Тр); 3 — в ТО добавлен орган управления (ОУ); 4 — ТО дополнено преобразователем
энергии (ПЭ)
К созданию технического устройства часто приводило то, что
человек искал применение открытому физическому эффекту. Например,
открытие закона Ома привело к созданию лампочки накаливания для
получения света; кавитации — к созданию ультразвуковой отмывки
деталей; фазовых переходов — к разработке систем охлаждения;
пьезоэффекта — к созданию датчиков вибраций, излучателей звука,
вибростендов, пьезотрансформаторов.
Получив практический результат, человек совершенствует РО,
стараясь сделать его более удобным в использовании. К РО добавляются
передаточные элементы — трансмиссии (Тр), разрабатываются органы
управления (ОУ). Зона действия РО отделяется от тех частей ТС,
которые непосредственно взаимодействуют с человеком. Например, у ножа

78
Раздел 2. Приемы и методы решения технических задач
рабочая зона отделяется ручкой, к металлической пластине
прикрепляется палка, — появляется лопата. На колесо (РО для перемещения)
прикрепляется кузов (РО для размещения груза), к нему
прикрепляются ручки, — создается тачка.
Потребности в улучшении функциональных свойств ведут к
дальнейшему совершенствованию ТО. Введение ОУ позволяет эффективно
регулировать рабочие и нерабочие циклы ТО. Затем к имеющимся
компонентам добавляется преобразователь энергии (ПЭ). Вначале роль ПЭ
выполняли природные, естественные объекты: токарный станок
крутили ногой; лошадью, везущей повозку, управляли при помощи вожжей
и т. п. Затем появляются искусственные преобразователи энергии:
водяное колесо, ветряное колесо, паровой двигатель и т. д.
Использование ПЭ требует совершенствования, как Тр, так и ОУ.
Таким образом, в процессе развития ТО приобретает черты полной
технической системы, включающей в себя основные компоненты: РО,
Тр, ПЭ, ОУ.
Упрощенная схема совершенствования ТО от РО до полной ТС (см.
рис. 5.5), естественно, не охватывает всех особенностей развития.
Каждый компонент тоже совершенствуется, добавляются другие,
вспомогательные компоненты, которые улучшают работу ТО в целом и его
компонентов, например, в повозке: сиденья, крыша, рессоры, в
велосипеде — руль, цепная передача, надувные шины, тормоза и т. д.
Следует подчеркнуть, что любой ТО рождается и начинает свое
развитие с РО.
5.2.2. Компонентный подход
Компонентный подход предназначен для анализа состава ТО с
позиции принципов строения и функционирования ТС. Основой этого
подхода является декомпозиция. Вьщелять компоненты в ТС можно по
различным признакам:
• по функциональному признаку. Функциональные компоненты по
степени участия в выполнении ГПФ разделяют на основные,
вспомогательные и дополнительные.
Основные компоненты непосредственно участвуют в формировании
ГПФ: РО, Тр, ПЭ, УО.
Вспомогательные компоненты обеспечивают работу основных
функциональных компонентов (амортизаторы, виброгасящие устройства).
Дополнительные добавляют удобства для работы и обслуживания
(защитные устройства, предохранители, экраны, рассекатели, стружко-
ломатели и т. д.). Более подробно этот аспект рассмотрен в гл. 8;
• по конструкторско-технологическому признаку, например,
спецификация на сборочном чертеже узла;

5. Системный анализ технических объектов 79
• по признаку доминирующего физического явления, по областям,
в которых локализуется проявление определенных законов
природы. Например, в сложном техническом устройстве можно
выделить: электрическую часть, механическую, гидравлическую и т. д.
Исследуя процесс сварки, можно выделить зоны для более
детального их изучения (рис. 5.6);
Зона плавления
Рис. 5.6. Схема электродуговой сварки в среде аргона
• по временным отрезкам (хронологический анализ) — для
исследования процессов, участвующих в функционировании ТО.
5.2.3. Структурный подход
Структурный подход предназначен для анализа всех имеющихся
связей между компонентами исследуемого объекта (проблемы или ТС)
и их влияния на его системные свойства. При исследовании ТС
структурный подход является предварительным этапом анализа ТО на
соответствие принципам строения и функционирования ТС (см. разд. 7.2).
Связи — некоторая абстракция для отражения взаимодействия и
взаимного влияния компонентов системы друг на друга. Связи между
выделенными компонентами могут быть вещественными и
полевыми — для ТС; информационными, деловыми, дружескими и другими —
в социотехнических системах.
Для описания структур различных объектов могут использоваться
как математические модели: алгебра исчисления предикатов, алгебра
множеств, матрицы, теория графов, так и нематематические модели:
схемы, таблицы и др. Каждая модель имеет свои преимущества,
недостатки и, следовательно, область применения. Рассмотрим модели,
которые способствуют быстрому и глубокому проникновению в суть

80
Раздел 2. Приемы и методы решения технических задач
решаемой задачи, активизируют мышление и позволяют выйти на
хорошее ТР.
В структурном анализе широкое применение получили модели в
виде графа. Понятие графа строится на понятии множества. Граф
можно представить в виде геометрической фигуры, состоящей из двух
множеств: множества вершин и множества ребер, соединяющих некоторые
вершины. Граф считается заданным, если определены множество его
вершин и множество ребер, и показана взаимосвязь между вершинами
и ребрами. Две вершины называются смежными, если они соединены
ребрами, соответственно два ребра смежны, если они имеют общую
вершину.
Неориентированные ребра называются звеньями, или ребрами,
ориентированные ребра — дугами. Граф, все ребра которого неориен-
тированы, называется неориентированным графом, граф, состоящий из
ориентированных ребер (дуг), — ориентированным, или орграфом.
Граф несет информацию о связях в объекте, удобную для
восприятия человеком. Для обработки этой информации в ЭВМ его можно
представить в виде булевых матриц.
Следует отметить, что граф — это совокупность двух множеств,
поэтому использование указанной модели для описания трех и более
множеств приводит к тому, что модель становится плохо обозримой.
Для описания структуры объектов используют различные виды
моделей в виде графа (рис. 5.7):
• корпускулярная — состоит из дисперсных слабо связанных между
собой элементов. Основное свойство такой структуры — потеря
небольшого числа элементов практически не изменяет свойства
системы. Например, песчаный фильтр, камни в галтовочном
барабане;
Рис. 5.7. Основные виды моделей структур

5. Системный анализ технических объектов
81
• цепная — характеризуется линейной структурой однотипных
(однородных) компонентов или мало отличающихся друг от друга
повторяющихся компонентов. Например, велосипедная цепь,
железнодорожный состав, цепочки, разомкнутые системы управления
(без обратной связи), некоторые процессы, например, этапы
проектирования;
• звездная — содержит центральный компонент, который связан со
многими другими. Такая модель может быть использована для
многоаспектного анализа проблем, для моделирования некоторых
структур управления;
• сетевая — описывается планарным графом. Это граф, который
может быть изображен на плоскости таким образом, чтобы ребра,
связывающие вершины, не пересекались. В этой модели число
компонентов и связей примерно одинаково. На ее основе
построены такие объекты, как телефонная сеть, односторонняя
монтажная плата, некоторые базы данных;
• многосвязная — описывается непланарным графом, который
нельзя изобразить на плоскости без пересечения ребер. В этой
модели связей значительно больше, чем компонентов. Например,
двусторонняя монтажная плата, двух и многоярусные дорожные
развязки, сложные базы данных. Если компонентов много
(больше 7—9), то модель становится трудно обозримой;
• иерархическая структура — модель, широко применяемая для
описания классификаций объектов, а также для упрощения
представления сложных объектов. Например, модели баз данных,
временные процессы, в которых операции могут выполняться как
последовательно, так и параллельно, например, сетевой график.
Иерархическая структура может быть представлена в виде
неориентированного граф-дерева (рис. 5.8, а) или ориентированного —
исходящего (рис. 5.8, б) или входящего граф-дерева (рис. 5.8, в).
Продуктивную графическую модель предложил английский
психолог Т. Бьюзен [15], которая получила название MindMap (майнд-мэп,
ментальной карты, интеллект-карты, карты ума). При разработке этой
Рис. 5.8. Виды граф-деревьев:
а — неориентированное; б — ориентированное исходящее; в — ориентированное входящее

82
Раздел 2. Приемы и методы решения технических задач
модели он опирался на научные знания о законах работы мозга. Автор
отмечал: «...структура Майнд-Мэп уникальным образом воспроизводит
механизмы нашей памяти. Отходящие от центра Майнд-Мэп
ответвления можно сравнить с нейронными дорожками (или «дорожками
памяти»), которые образуются нервными клетками при передаче ими
информации друг другу. Совокупность этих дорожек и представляет собой
ментальные карты. И чем чаще мы в них заглядываем — повторяем,
тем ниже биоэлектрическое сопротивление, возникающее на пути их
прохождения, тем продуктивнее наша память, а чем больше таких
дорожек мы создаем и используем, тем больше сообразительность, тем
эффективнее процесс мышления».
Для разработки ментальной карты Бьюзен предложил следующие
рекомендации:
• предмет изучения представляется картинкой, которая
располагается в центре листа;
• основные идеи изображаются ответвлениями, исходящими из
центральной картинки;
• мысли над ответвлениями обозначаются ключевой картинкой или
ключевым словом;
• менее важные ассоциации занимают место над линиями,
примыкающими к основным ответвлениям.
Как отмечают психологи, одна единица информации может стать
источником огромного количества ассоциаций, которые, в свою
очередь, дают толчок к появлению множества новых. «Лучистое
мышление», таким образом, — естественный процесс, отражающий работу
мозга на уровне тонких механизмов, а майнд-Мэп является внешним
графическим проявлением этой концепции.
Ментальные карты являются средством визуализации сложного
объекта, позволяющим систематизировать информацию и генерировать
идеи. Ментальная карта может быть представлена в виде звездной
структуры (см. рис. 5.7) или в виде граф-деревьев (см. рис. 5.8).
Предмет изучения — исследуемая проблема или изучаемый ТО,
располагается в центре листа. Основные идеи изображаются на
ответвлениях, исходящих от центрального объекта (рис. 5.9).
При формировании ветвей разделов и подразделов ментальной
карты проблема может рассматриваться в различных аспектах с
использованием таких операций, как декомпозиция и логическое деление
понятия (см. приложение П2).
В отличие от списков ментальная карта представляет собой
двумерную модель. Это позволяет при дальнейшем исследовании нанести
связи между выделенными компонентами или аспектами.
Модель объекта в виде ментальной карты удобна в случаях, когда в
операции деления объекта нельзя четко сформулировать признак
деления, что особенно важно при анализе проблем, которые необходимо
рассматривать с различных позиций. Карты полезны также на началь-

5. Системный анализ технических объектов
83
/ Идеи, составляющие \
ф Ц# главную идею Щь*
Рис. 5.9. Типовая схема ментальной карты
ном этапе анализа проблемы, когда необходимо только наметить, в
каких аспектах и по каким признакам будет проводиться ее исследование.
В этом случае разработка классификаций, использование
иерархической модели требует четкого формулирования признака деления
рассматриваемого понятия. Приходится решать сразу две задачи:
выявление существенных признаков рассматриваемой проблемы и
определение основания логического деления или формирование уровней
подчинения для иерархических структур. Использование ментальной
карты позволяет решать эти две задачи поэтапно.
Могут разрабатываться ментальные карты рациональные и
образные (иррациональные). В первом случае информация в них отражается
определенными терминами, принятыми в данной предметной области.
Во втором — информация отражается в виде композиции
семантических знаков, символов, картин. При этом широко используются
метафоры, несущие правополушарные стимулы. Могут разрабатываться
ментальные карты рационально-образного типа. При этом технические
термины, поясняющие проблему, усиливаются картинкой или
словесной метафорой, соответствующей смыслу исследуемой предметной
области.
Главные ресурсы интеллекта человека связаны с организацией
активного взаимодействия правого и левого полушария мозга.
Использование метафор в ментальной карте существенным образом
способствует активизации этого взаимодействия, дает пищу для ассоциаций,
повышает креативность и продуктивность работы.

84
Раздел 2. Приемы и методы решения технических задач
При исследовании технологических проблем разрабатываются
операционные ментальные карты, в которых отражаются функции и
действия, необходимые для их выполнения.
При исследовании технических устройств разрабатывают
предметные карты, в которых отражают свойства объекта в целом через набор
его компонентов и указывают связи между компонентами.
Модели в виде ментальной карты полезно использовать на
начальном этапе исследования проблемы. На этом этапе можно выделить две
задачи — выявить существенные факторы и определить связи между
ними (подчиненность, зависимость и независимость, первичность и
вторичность, причинно-следственные отношения, функциональные,
опосредованное и непосредственное взаимодействия и т. д.)
Ментальные карты получили широкое распространение как
средство поддержки принятия решений в силу того, что абстрактное
мышление требует структурирования изучаемой информации и представления
ее в символическом виде. Одновременно в сознании формируются
некоторые когнитивные (имеющий отношение к познанию, мышлению)
[28] модели.
Модели, используемые для исследования объектов, сами по себе
обладают определенными свойствами. Поскольку между моделью и
объектом имеется связь, то получается новая система. Объединение
двух компонентов в систему должно приводить к появлению новых
свойств за счет синергетического эффекта (рис. 5.10). Например,
сложное техническое устройство в его натуральном виде и его модели —
кинематическая схема, принципиальная электрическая и монтажная
схемы — позволяют понять его устройство и работу.
В структурном анализе большое внимание уделяют связям между
компонентами ТС. Связи в ТО можно выделять по различным
признакам (рис. 5.11).
' ^ <г—» "—-ч
1 (Г Объект
>
Система
1
и
Новые системные свойства
Рис. 5.10. Схема образования новых свойств при моделировании объекта
Функциональные связи обеспечивают функционирование объекта,
реализуют потоки веществ и полей для выполнения ГПФ. Например,
связи между основными компонентами (РО, Тр, ПЭ, ОУ)
непосредственно участвуют в выполнении ГПФ.
Конструктивные связи обеспечивают целостность объекта как
системы, вспомогательные — улучшают условия работы компонентов,
например, обратная связь.

5. Системный анализ технических объектов
85
прямые
обратные
е
По направлению
действия
По достаточности для
существования или
функционирования ТО необходимые
-в
лишние
По роли,
выполняемой
по отношению
полезные к ГПФ
вредные
0-
е
функциональные
конструктивные
По уровню
выполняемой
функции
адекватные
ф избыточные
недостаточные
Рис. 5.11. Классификация связей в ТО
При формировании структуры ТО необходимо придерживаться
основных принципов строения и функционирования ТС и
закономерностей их развития, которые подробно рассмотрены в гл. 7. В частности,
в ТС не должно быть вредных связей, а полезные должны быть
адекватны своему назначению.
Вопросы для самопроверки
1. Дайте определение следующим понятиям: физический принцип действия, физическая
операция, техническая функция, техническое решение.
2. Чем отличается операционный и предметный стиль мышления?
3. В чем состоит отличие компонентного подхода от структурного при анализе ТС?
4. В чем существенное отличие модели в виде ментальной карты от иерархической
графической схемы?

6. ПОИСК РЕСУРСОВ ПРИ РЕШЕНИИ
ТЕХНИЧЕСКИХ ЗАДАЧ
Ресурс — средство, к которому обращаются в случае необходимости
[83].
При решении технических задач нужно четко сформулировать
требования к создаваемому ТО, а затем рассмотреть все возможности
поиска необходимых ресурсов либо более эффективного использования
имеющихся.
В процессе решения задачи каждый человек рассуждает, используя
определенные категории и операции (приемы) мышления. Цель этих
рассуждений заключается в поиске ресурсов для создания такого ТО,
который обладал бы определенным набором свойств для выполнения
потребной функции.
В процессе поиска ресурсов встают две задачи: во-первых, как
найти ресурс и, во-вторых, как им распорядиться. И в том, и в другом
случае человек использует некоторые приемы. Часто специалисты находят
подходящие приемы интуитивно, исходя из своего практического
опыта, либо случайно. Для более эффективного, целенаправленного
применения приемов их необходимо вычленить, описать и привести
некоторые обоснования их применения. Поэтому рассмотрим подходы к
поиску ресурсов для решения технической задачи (рис. 6.1).
Ресурсы для решения
технических задач
Пространство
Физико-технические
эффекты
Модели вещественно-полевого
анализа
7~~Т
Вещества
Поля
Рис. 6.1. Виды ресурсов для решения технических задач

б. Поиск ресурсов при решении технических задач
87
6.1. Вещественно-полевые ресурсы
Инженер в процессе поиска решения ставит перед собой некоторые
частные задачи, например: «Какой физико-технический эффект можно
применить для выполнения некоторой функции?», «Что бы такое
придумать для избавления от некоторого нежелательного эффекта,
который наблюдается в созданном (или может возникнуть в
проектируемом) объекте». В последнем случае формулировка задачи весьма
расплывчата и не подсказывает направления поиска решения. Задачу
необходимо сформулировать таким образом, чтобы, с одной стороны,
была намечена область поиска решения, и, с другой — чтобы эта
формулировка не ориентировала бы на какие-либо ФПД, ФО (см. рис. 5.1)
при поиске технической функции, а также на конструктивное и конст-
рукторско-технологическое решение проектируемого устройства. Этим
исключают возможность формирования ВПИ.
Из теории познания известна одна из универсальных
мыслительных операций — обобщающая абстракция. Как уже отмечалось (см.
разд. 2.1), этот прием заключается в формулировке более общей задачи
или в переформулировании задачи в более общих терминах (рис. 6.2).
Это позволяет избавиться от ВПИ, сконцентрировать внимание на
существенных свойствах объектов, входящих в условие задачи. Кроме
того, нередки случаи, когда решающий задачу домысливает
ограничения, которых нет в условии задачи, что существенным образом
затрудняет поиск хорошего решения. Формулирование более общей задачи
позволяет выявить и исключить ложные ограничения.
Решение
(результат)
Рис. 6.2. Типовая схема решения задачи
Альтшуллер применил этот принцип для получения весьма
эффективного подхода к формированию приемов поиска решений [3—5],
который назвал вещественно-полевым или сокращенно вепольным
анализом.
Применение обобщающей абстракции приводит к двум
основополагающим понятиям: вещество и поле, которые используются как
категории мышления при поиске ресурсов для решения задачи.
В словаре русского языка понятие «вещество» определяется как
качественная сущность материи; то из чего состоит физическое тело [83].
Если определить поле как пространство, каждой точке которого
можно поставить в соответствие некоторую скалярную или векторную
величину, то это понятие будет хорошо согласовываться с понятием
поля, принятым в физике и математике.
Описание
конкретной
проблемной
ситуации
Обобщенное
абстрактное
описание
Конкретизация
с учетом нового
подхода

88
Раздел 2. Приемы и методы решения технических задач
При поиске ресурсов Альтшуллер предложил использовать
следующие физические и технические поля: механическое, акустическое,
тепловое, химическое, электрическое, магнитное, электромагнитное. Для
лучшего запоминания этих полей Б. Л. Злотин предложил аббревиатуру
МАТХЭМ.
Предлагаемые категории мышления «вещества» и «поля», с одной
стороны, настолько общие, что не создают ВПИ, и, с другой стороны,
настолько конкретные, что позволяют избежать расплывчатой
формулировки задачи и ориентируют инженера начинать решение задачи с
поиска ФТЭ и синтеза ФПД проектируемого устройства.
Используя вепольный подход, вместо вопроса «Что бы такое тут
придумать?» специалист ставит перед собой более конкретную задачу:
«Какие вещества и (или) поля можно использовать (или ввести в
существующую техническую систему) для получения требуемых свойств,
нужного результата. Какими свойствами они должны обладать?» В
первую очередь, желательно анализировать вещества и поля, которые уже
имеются в рассматриваемой ТС или окружающей среде.
6.1.1. Вещества
Полезные функции ТО часто реализуются через свойства веществ.
Эти свойства во многом определяются видом и состоянием вещества:
твердое (монолитное и дисперсное), жидкое (монолитное и
дисперсное), газообразное, ионизированное.
В справочной литературе можно найти более сотни физических,
химических и технологических свойств веществ: плотность, твердость,
электропроводность, магнитные свойства, прочность, свариваемость,
ковкость и т. д.
Для твердых и жидких веществ специально выделены два
состояния: монолитное и дисперсное, так как от этого существенным образом
зависят их свойства. Например, раздробленная на капли водяная струя
лучше очищает загрязненную поверхность, чем сплошная монолитная
струя.
Твердые дисперсные вещества (ТДВ) — сыпучие вещества
занимающие промежуточное положение между жидкостями и твердыми телами
[92]. По сравнению с монолитным веществом они обладают значительно
большей поверхностью, поэтому быстрее растворяются, могут
адсорбировать больше других веществ на своей поверхности; благодаря большей
подвижности частиц хорошо принимают форму тела, с которым
соприкасаются.
В отличие от жидкости при определенных условиях они могут
сохранять свою форму, не вытекают через отверстия, размеры которых
превышают размеры частиц, не передают создаваемое на них давление
равномерно во все стороны.

6. Поиск ресурсов при решении технических задач
89
Свойства ТДВ находят различное применение в технике, например,
для моделирования пространственных форм эластичную оболочку,
заполненную ТДВ, прижимают к сложной поверхности, затем из
оболочки откачивают воздух. Под действием атмосферного давления частицы
ТДВ плотно прижимаются друг к другу. Силы трения между частицами
способствуют сохранению формы, в результате чего получается слепок
поверхности.
Издавна для фиксации фигурных деталей сложной формы столяры
применяли мешочки, заполненные песком, через которые и
передавалось усилие закрепления.
Вследствие значительного трения между частицами, энергия удара,
вибрации, звуковые волны быстро затухают в дисперсной среде.
Поэтому ТДВ являются хорошими поглотителями энергии.
Свойства ТДВ использованы в безреактивном молотке (пат. США
№ 2737216). Сыпучий наполнитель в полости молотка при ударе
несколько отстает от корпуса и в момент удара гасит отдачу.
Чтобы при гибке трубы сечение не деформировалось, в качестве
наполнителя используется песок.
Щеточные конструкции условно тоже можно отнести к дисперсным
веществам. Известен так называемый «эффект веника» — тонкий
прутик сломать легко, а сломать веник не так просто. Щеточные
конструкции применяются для нанесения покрытий и очистки поверхностей,
для организации электрического контакта (так называемый
«метелочный контакт»), используют для получения слепков и контрслепков
поверхностей (рис. 6.3), а также для изготовления универсальных
штампов.
Контейнер с эластичной
средой
Фиксирующая обойма
Набор игл
Деталь
Рис. 6.3. Применение набора игл для получения слепков и контрслепков поверхностей
Щеточные конструкции служат хорошим амортизатором, гасящим
вибрации и ударные нагрузки. Их применяют в качестве разделителя
материалов и рыхлителя. Так называемые «репейниковые»
конструкции, например, застежку-липучку, также можно рассматривать как один
из вариантов щеточной конструкции.

90
Раздел 2. Приемы и методы решения технических задач
Пример 6.1. Чипы на липучке. Инженеры из Технического
университета Ильменау в Германии предложили крепить электронные чипы с
помощью кремниевой липучки, которая получила название «черный
кремний». Для его получения кремниевую пластину облучали мощным
лазером или потоком ионов так, чтобы на ее поверхности образовалась
густая «шерсть» из волосков длиной 15...25 мкм. Таких волосков можно
получить около миллиона на 1 мм2. Волосатая поверхность выглядит
черной, поскольку фотоны в ней легко поглощаются и почти не
отражаются. Это свойство «черного кремния» используют для создания
эффективных солнечных накопителей энергии.
В настоящее время «черному кремнию» нашли новое неожиданное
применение. Ученые сложили два таких слоя и обнаружили, что они
прочно держаться друг за друга подобно обычной липучке. В
микроскоп видно, что волоски разных слоев застревают друг в друге. Однако
многократно соединение использовать нельзя, поскольку хрупкие
кремниевые волоски постепенно обламываются. Кремниевая липучка
выдерживает три-четыре соединения.
Ученые считают, что эта разработка найдет широкое применение
при производстве различных электронных устройств. С ее помощью
самую тонкую и нежную электронную схему легко закрепить, не
используя нагрева или клея, которые могут повредить схему или
подложку. А надежное крепление электронных схем, особенно на гибких
пластиковых основаниях, часто вызывает большие трудности. Кроме того,
возможны и другие приложения, например, чипы для химического
анализа жидкости, которую можно пропустить через иголки [119].
Вещества проявляют свои свойства при физическом или
химическом взаимодействии друг с другом. Можно перечислить множество
вариантов взаимодействий, которые проявляются при контакте только
двух веществ и связаны с известными физическими явлениями:
адгезия, диффузия при взаимодействии твердого монолитного и твердого
дисперсного, а также твердого монолитного и жидкого дисперсного,
растворение при взаимодействии газообразного и твердого мотолитно-
го, адсорбция, абсорбция и подобные им ФЭ при других сочетаниях
состояний вещества.
Результат взаимодействия двух и более веществ всегда
сопровождается проявлением синергетического эффекта — появлением нового
системного свойства, например:
• газ, растворенный в жидкости; вода, в которой растворен
кислород, становится пригодной для дыхания живых существ;
• дисперсная жидкость и газ — это пена, туман; пена приобретает
свойство захватывать мелкие частицы, что используют для
флотации, обогащения руды; туман связывает мелкие пылевые частицы
и используется для очистки воздуха;
• жидкое монолитное и жидкое дисперсное — это эмульсия,
такая как смазывающе-охлаждающая жидкость, функции которой
не могут выполнить смазка и охлаждающая жидкость по
отдельности;

б. Поиск ресурсов при решении технических задач
91
• смесь газов: транспорный газ азот доставляет кислород в зону
окисления в ряде технологических процессов;
• твердые монолитные вещества с одинаковыми и отличающимися
характеристиками дают новый эффект (от явления биметаллов до
эффекта Пельтье и гашения колебаний за счет трения в зоне
контакта).
В перечисленных многокомпонентных системах можно увидеть
существенные изменения свойств, например, скорости распространения
звука, теплопроводности, оптических свойств, механических
характеристик.
Мастера древней Руси делали многослойные мечи, ножи и
некоторые другие орудия. Такой меч в сечении представлял собой
«трехслойный пирог». Средний слой был выполнен из высокоуглеродистой
твердой (закаленной) стали, а два внешних слоя — из низкоуглеродистой
мягкой стали. Внешние слои клинка изнашивались быстрее прочной и
твердой сердцевины, что обеспечивало самозатачивание. При ударе
мечом твердый, но хрупкий внутренний слой меньше разрушался, так как
был снаружи защищен пластичной сталью [45].
6.1.2. Поля
Поля, в соответствии с принятым ранее определением, можно
разделить на две группы.
Природные физические поля: гравитационное, электрическое,
магнитное, электромагнитное.
Абстрактные поля характеризуют распределение каких-либо
параметров в пространстве, например, скоростей, давлений, температур,
концентраций и т. д.
Это деление полей (рис. 6.4) в какой-то мере условно. В основу
предлагаемого деления положено свойство природных физических
полей распространяться без участия среды. В отличие от них, абстрактные
поля являются полевыми характеристиками свойств веществ и
физических полей. Многие абстрактные поля распространяются только в
веществах, например, звуковые волны, температура, давление,
механические напряжения.
Люди мыслят этими категориями, отвлекаясь от веществ —
носителей этих свойств. Кроме того, мы можем влиять на системные свойства
веществ, создавая в них поля, например, для отделения твердых
фракций от жидкости создают поле центробежных сил (сепаратор).
Пример 6.2. Зарождение усталостной трещины. Известно, что
усталостное разрушение металла начинается с зарождения усталостной
трещины, которая образуется при возникновении в поверхностном слое
значительных растягивающих напряжений. Для повышения ресурса
конструкций в поверхностном слое создают внутренние сжимающие

92
Раздел 2. Приемы и методы решения технических задач
Природные
(физические)
Абстрактные
гравитационное
электрическое
магнитное
электромагнитное
радиоволны
инфракрасное
излучение
видимый свет
ультрафиолетовое
излучение
рентгеновское
излучение
гамма-излучение
геометрические
(характеризуют форму)
скоростей
ускорений
распределение
каких-либо параметров
плотности
давлении
напряжении
температур
Рис. 6.4. Виды полей
напряжения. Эти напряжения суммируются с растягивающими
напряжениями, возникающими от внешних нагрузок. В результате уровень
напряжений в поверхностном слое уменьшается, что приводит к
повышению усталостной прочности конструкции. В технологии
машиностроения были разработаны такие технологические процессы.
Например, нижняя обшивка крыла самолета в полете испытывает
растягивающие напряжения. Поэтому все нижние панели крыла
самолета подвергаются дробеструйной обработке для создания внутренних
сжимающих напряжений.
Природные и абстрактные поля могут быть скалярные, например,
поле давлений в жидкости, поле распределения температур,
концентрации одного из веществ в некоторой смеси и др. и векторные, например,
магнитное поле, поле скоростей, ускорений и др.
Многие свойства веществ проявляются при взаимодействии с
физическими полями, например, теплопроводность, электропроводность,
прочность, магнитные свойства и т. д. Эти свойства можно
использовать, обеспечив взаимодействие вещества с соответствующими полями.
Взаимодействие двух веществ в физическом поле дает еще более
широкий спектр свойств, возникающих в результате проявления синер-

б. Поиск ресурсов при решении технических задач
93
гетического эффекта. Это взаимодействие может быть описано
соответствующими законами, известными из фундаментальных наук (физики,
химии), например:
Взаимодействующие компоненты
Гравитационное поле — твердое
монолитное — жидкое монолитное вещество
Видимый свет — прозрачное твердое тело —
воздушная среда
Жидкость — капилляр — электрический
потенциал
Явление, процесс
Выталкивающая сила (закон Архимеда)
Отражение и преломление (законы
геометрической оптики)
Движение жидкости в капилляре
(электрокапиллярный эффект)
Перемещение электрического проводника в : Электродвижущая сила
магнитном поле
...
Некоторые свойства веществ могут проявляться как полевые
характеристики, например, распределение температуры, распределение
напряжений в конструкции, нагруженной внешними нагрузками;
распределение концентрации веществ в некотором объеме. Изменяя полевые
характеристики веществ, можно изменять и некоторые их свойства,
проявляющиеся в различных взаимодействиях.
В отличие от свойств, которые имеют некоторое распределение в
пространстве, вещества могут иметь и свойства, которые характеризуют
особенности материала в целом, например, температура плавления,
точка Кюри, предел прочности материала, модуль упругости, скорость
распространения звуковых волн и т. д. Свойства веществ проявляются
при взаимодействии либо с другими веществами, либо при
взаимодействии с полями.
6.1.3. Взаимодействие веществ и полей
Форму тела можно рассматривать, с одной стороны, как некоторую
полевую характеристику вещества и, с другой стороны, — как
взаимодействие вещества и абстрактного поля — распределение вещества в
пространстве, формы тела. В результате этого взаимодействия у
вещества появляются новые свойства (системный эффект).
Например, если плотность твердого вещества больше плотности
воды, то оно утонет, но если этому веществу придать форму с
полостью, то оно будет плавать. Кроме того, веществу можно задать такую
форму, которая придаст телу остойчивость (рис. 6.5) и устойчивость
при движении в жидкости.
Стержень в виде трубы или швеллера имеет отличительные свойства
по сравнению со стержнем в виде прутка. Гофрированная труба и глад-

94
Раздел 2. Приемы и методы решения технических задач
Центр давления
Рис. 6.5. Форма корпуса судна придает ему остойчивость:
ЦМ — центр масс
кая, лист гофрированный и гладкий, проволока в виде прямого куска и
свернутая в спираль также отличаются некоторыми свойствами,
которые можно использовать для решения тех или иных задач.
Геометрическое поле — это некоторая абстракция, под которой
подразумеваются форма веществ и полей, а также их положение в
пространстве и взаимное расположение. Изменение геометрического
поля — одно из средств влияния на свойства веществ и ресурс для
получения системного эффекта.
Взаимодействие вещества с физическим полем также способствует
появлению нового системного свойства. Например, в детской игрушке
волчок поле скоростей (вращение) придает ей устойчивость. Двух- и
трехстепенные гироскопы обладают такими свойствами, которые
позволяют использовать их для измерения углового положения тел
(трехстепенные) и угловых скоростей (двухстепенные).
Системный эффект, который проявляется при взаимодействии
полей с веществами, во многом зависит от того, как изменяется фазовая
переменная поля (Фп) во времени (рис. 6.6), например, электрическое
напряжение, давление, скорость и т. д.
Фп
Ф,
ПМ
Фи*
Фп
Постоянное
Монотонно Гармоническое
изменяющееся
Рис. 6.6. Временные характеристики полей
Импульсное
Например, для жидких и газообразных сред можно рассматривать
характер распределения давления, для твердых тел — распределение
напряжений. Если эти характеристики постоянны или медленно
изменяются по времени, то наблюдаемое явление описывается одними
законами, например, закон одинакового давления во все стороны в каждой
точке для жидкостей, закон Гука для твердых тел.
Если давление имеет гармонический или импульсный характер от
некоторого источника, то проявляются совсем другие свойства: распро-

б. Поиск ресурсов при решении технических задач
95
страняются продольные или поперечные волны, действуют законы
отражения и преломления на границе сред.
Пример 6.3. Опыт с призматическим образцом. В призматической
детали по центру выполнено сквозное отверстие (рис. 6.7, а). Если это
отверстие заполнить жидкостью, закрыть крышками и создать большое
давление, то произойдет разрушение — образуется трещина (рис. 6.7, б)
по принципу: где тонко, там и рвется.
Линии разлома
Трещина
- Заряд взрывчатого вещества
б в
Рис. 6.7. Иллюстрация к опыту по разрушению образца:
а — образец; б — характер разрушения образца от внутреннего давления;
в — разрушение образца от взрывчатого заряда
Когда в отверстие поместили заряд взрывчатого вещества и
произвели его подрыв, образец развалился на четыре части, причем
разрушение произошло по диагонали параллелепипеда (рис. 6.6, в). Это
объясняется тем, что ударная волна сжатия, дойдя до границы образца,
отразилась. Но при отражении фаза волны меняется на 180°. Очевидно, что
отразилась волна разрежения. Две отраженные волны разрежения
встретились на диагонали параллелепипеда. Именно поэтому здесь и
произошло разрушение.
6.2. Физико-технические эффекты
В описании ФПД (см. разд. 5.1) участвуют физические законы,
которые отражают взаимодействие веществ и полей. Это взаимодействие
во многом определяется не только свойствами веществ и их формой,
размерами, но и характеристиками полей (см. рис. 6.6).
Взаимодействие веществ, полей, их форма, временные
характеристики фазовых переменных, количественные характеристики фазовых
переменных и свойств веществ оказывают влияние на формирование
системного эффекта.
Как правило, не всегда можно выделить отдельно математические,
геометрические и физические эффекты, которые лежат в основе ФПД.
Большинство эффектов являются результатом совместного действия
фундаментальных законов природы, формы, размеров, характера дви-

96
Раздел 2. Приемы и методы решения технических задач
жения веществ и свойств полей. Именно поэтому в дополнение к
традиционным для математических, геометрических, физических,
химических и электрохимических эффектов введено обобщающее понятие
физико-технические эффекты (ФТЭ).
Следует отметить, что если ФТЭ определяет только некоторые
системные свойства вещественно-полевого взаимодействия, то ФПД
является совокупностью ФТЭ, которая характеризуется определенной
структурой и способна выполнять определенную физическую операцию
(см. разд. 5.1).
Рассмотрим сначала некоторые эффекты, которые определяются
преимущественно формой веществ, математическими и
геометрическими свойствами фигур.
6.2.1. Математические эффекты
Математические эффекты часто используются для формирования
ФПД многих устройств.
Пример 6.4. Командное устройство. Некоторое устройство получает
сигналы Si и 52, которые сначала усиливаются — каждый своим
усилителем, а затем сравниваются. Если результат положительный, то
вырабатывается один управляющий сигнал, а если отрицательный, то —
другой (рис. 6.8, а).
Каждое устройство обрабатывает сигналы с некоторой ошибкой,
кроме того, входящие сигналы S\ и 5г до входа в усилитель могут
претерпевать некоторые искажения. Поэтому возможна такая ситуация,
когда, например, больший сигнал S\ до входа в усилитель исказится в
меньшую сторону, а коэффициент усиления К\ окажется меньше,
чем Ki (в пределах поля допуска усилителя). В результате сравнения
может быть выдан ошибочный управляющий сигнал.
Как сделать так, чтобы исключить появление ошибочного сигнала
даже при существенной разнице в коэффициентах усиления?
S2 —>
Si + S2 —
t A
Si
s2
V V
S1 — S2
>>
>
f
KiK2(S1 + S2)(Si-S2)
*>
1 Д
б
KfaiSi -S2)
Ф
e
Рис. 6.8. Иллюстрация к примеру 6.4:
а — сравнение двух сигналов, поступивших с усилителей; б — сравнение квадратичных
сигналов, поступивших с усилителей; > — усилитель сигнала

б. Поиск ресурсов при решении технических задач
97
Математический эффект, известный из курса средней школы, дает
ключ к решению этой задачи. Разность квадратов двух величин всегда
существенно больше, чем разность самих этих величин:
(St-S22)»(Sl-S2).
Изменение схемы работы устройства (рис. 6.8, 6) позволяет сделать
так, что, во-первых, погрешности коэффициентов усиления не влияют
на получаемый результат и, во-вторых, снижаются требования к
качеству входного сигнала.
Пример 6.5. Многократные измерения. При проведении измерений
часто возникает задача уменьшить случайную составляющую
погрешности измерения.
Из теории вероятностей известно, что если на исследуемую
величину влияет много случайных факторов и действие их примерно
одинаково, то эта случайная величина подчиняется нормальному закону
распределения. Если проводить несколько измерений и определять среднее
значение, то в получаемом результате доля случайной составляющей
погрешности будет меньше, чем при однократном измерении.
Из математики известно также, что если число измерений больше
10, то максимальное практически возможное отклонение истинной
величины от среднего арифметического значения будет меньше, чем
среднее квадратичное отклонение (ст). Отклонение не превысит
величины 3-т= (п — число измерений). Таким образом можно рассчитать
ып
минимально необходимое число операций измерения для получения
заданной точности.
6.2.2. Геометрические эффекты
Придавая твердому телу ту или иную геометрическую форму, можно
обнаружить у него целый набор уникальных свойств, которые можно
использовать при создании ТО.
Пример 6.6. Форма сечения крыла самолета. Поперечное сечение
крыла самолета несимметрично: нижняя часть плоская, а верхняя —
выпуклая (рис. 6.9).
Рис. 6.9. Схема обтекания крыла самолета
Длина траектории потока воздуха по верхней стороне больше, чем
по нижней. Поэтому скорость потока на верхней стороне больше, чем
на нижней, а в соответствие с законом Бернулли, чем выше скорость,
тем меньше давление в потоке. Таким образом, только за счет разницы
в кривизне поверхностей образуется разность давлений в верхней и
нижней части крыла и создается подъемная сила.

98
Раздел 2. Приемы и методы решения технических задач
Пример 6.7. Создание больших сил. Для создания больших сил
часто используется рычаг. Если необходимо создать очень большие силы,
то создаются устройства, основанные на использовании
геометрических эффектов. Например, для вытаскивания застрявшего автомобиля
(рис. 6.10, а) или для разъединения деталей (рис. 6.10, б). При малом
угле а можно в десятки и сотни раз увеличивать силу воздействия на
объект.
Рис. 6.10. Технические решения, позволяющие значительно увеличивать силу:
а — тросом; б — клином; F — приложенная сила
Пример 6.8. Свойства спирали Архимеда. Уравнение спирали
Архимеда в полярной системе координат имеет вид р = окр, где а —
коэффициент. Расстояние между двумя последовательными витками спирали
Архимеда является величиной постоянной и равной 2ап. Это свойство
спирали используется в самоцентрирующихся патронах токарных
станков (рис. 6.11) и в подобных устройствах.
Корпус
Коническое зубчатое колесо
Рис. 6.11. Основные элементы трехкулачкового патрона

б. Поиск ресурсов при решении технических задач
99
В радиальных пазах корпуса трехкулачкового патрона расположены
три кулачка. Спиральными выступами на подошве кулачки входят в
канавки спиральной резьбы зубчатого колеса. Это колесо приводится во
вращение ключом, вводимым в гнездо одного из трех малых зубчатых
колес. Таким образом осуществляется преобразование равномерного
вращательного движения в равномерное поступательное.
Это же свойство спирали позволяет при помощи циркуля и
линейки делить произвольный угол ABC на N равных частей (рис. 6.12). Для
этого прямую АВ делят на N равных частей, делают циркулем
соответствующие засечки на отрезке дуги спирали Архимеда и, проводя из
вершины угла ABC лучи в точки пересечения засечек с дугой спирали,
получают искомое деление.
Спираль Архимеда
Рис. 6.12. Деление угла на три равные части
Спираль Архимеда легко получить в производственных условиях.
Для этого нужно совместить два равномерных движения: линейное
вдоль радиуса и вращение самого радиуса.
Наматывая тонкую ленту на вал, можно плавно изменять линейные
размеры, например, линейный размер А, показанный на рис. 6.13,
а также создавать значительные усилия.
Рис. 6.13. Применение спирали Архимеда для регулирования
линейных размеров
По принципу работы детской игрушки уди-уди (рис. 6.14) устроены
приборы для измерения давления — манометры. Если в полую
криволинейную трубку, выполненную из упругого эластичного материала,
подать давление, она распрямится, при сбросе давления — снова
свернется. Такое устройство может быть использовано для создания усилий

100
б. Поиск ресурсов при решении технических задач
Рис. 6.14. Изменение формы и размеров полой спиральной трубки
при изменении давления
и перемещений внутри герметичных объемов. По этому принципу
может работать захват для удержания хрупких предметов.
Пример 6.9. Некоторые свойства эллипсоида вращения. Эллипс —
геометрическое место точек М, сумма расстояний которых до двух
данных точек Fh F' (фокусов) равна 2а, или MF+ MF' = 2а (рис. 6.15).
Эллипсоид — поверхность, которая получается вращением эллипса вокруг
большой или малой оси.
Рис. 6.15. Характеристики эллипса:
центр эллипса; АА' — большая ось; ВВ' = 26
FF' — фокусное расстояние
малая ось;
Если внутреннюю поверхность эллипсоида вращения выполнить
отражающей, то лучи, исходящие из одного фокуса, обязательно
соберутся в другом. Эллипсоид позволяет фокусировать не только свет, но и
звуковые, ультразвуковые, ударные волны. В случае, если в
собирающем фокусе F' нет объектов, луч дважды отразится от поверхности и
вернется в исходный фокус F. В частности, это свойство используется
для дополнительного разогрева нити ламп с инфракрасным излучением.
Известно, что если насадка для брандспойта выполнена в виде
трубки, которая имеет в двух соседних сечениях взаимно
перпендикулярные овалы (рис. 6.16, а), то длина истекающей струи, по сравнению
с обычным брандспойтом, увеличивается без дополнительных затрат на
30 % (а. с. 629936) [92]. Аналогично, если жидкость подается
тангенциально в камеру, выполненную в виде эллипсоида, то дальность струи
увеличивается до 27 % (рис. 6.16, б).
Интересными свойствами обладают эллиптические передачи. При
зацеплении эллиптических колес передаточное отношение и усилие
изменяются в процессе вращения.

б. Поиск ресурсов при решении технических задач
101
а 6
Рис. 6.16. Сечение насадки на брандспойт:
а — взаимно перпендикулярные овалы в двух соседних сечениях; б — тангенциальная
подача жидкости в камеру, выполненную в форме эллипсоида вращения
Пример 6.10. Свойства параболоида вращения. Парабола —
геометрическое место точек М, равноудаленных от заданной точки F —
фокуса и заданной прямой АА' (рис. 6.17). Параболу можно определить,
как кривую, образующуюся при сечении конуса плоскостью
параллельно его образующей. Каноническое уравнение параболы имеет вид
у1 = 2рх, где р = 2FO.
С
Рис. 6.17. Схема к примеру 6.10
Если вращать параболу вокруг оси OF, она очертит параболоид
вращения (см. рис. 6.17). Если из произвольной точки М' параболы
(или параболоида) построить нормаль M'N, то прямая M'F,
соединяющая эту точку с фокусом F, и прямая РМ', параллельная оси
параболы, образуют с нормалью равные углы оц = <х2. Следовательно, при
ходе лучей Р параболоид вращения может концентрировать излучения
и потоки веществ в фокусе. Например, коронный и дуговой разряды
(а. с. 300220, 458900), струи газа (а. с. 896403), солнечный свет
(а. с. 514112), инфракрасное излучение (а. с. 1041769, 1082990), поток
стружки (а. с. 225665) и т. п.
Если источник излучения находится в фокусе, то зеркальная
поверхность параболоида создает параллельный поток излучения. Эти
свойства параболоида используются в прожекторах, радиотелескопах,
антеннах.

102
Раздел 2. Приемы и методы решения технических задач
Диаметр зеркала самого крупного в мире оптического телескопа,
работающего близ станицы Зеленчукской на Кавказе, составляет 6 м.
Это почти предел того, что можно сделать из стекла. При изготовлении
таких огромных зеркал возникают сложнейшие проблемы с
подготовкой стеклянной отливки, ее охлаждением, шлифованием, нанесением
отражающего покрытия, установкой зеркала. На изготовление этого
телескопа-гиганта ушло 15 лет. Изготовление и работа таких крупных
астрономических инструментов создают технические проблемы,
связанные с большой массой зеркала, ведь даже идеально выполненное
зеркало будет деформироваться под действием силы тяжести. Астрономам
же для дальних наблюдений нужны все более крупные телескопы.
Принципиальная идея решения этой проблемы возникла давно —
зеркало телескопа можно сделать жидким. Еще в 1857 г. английский
физик Д. Брюстер предложил вращать чашу, наполненную ртутью,
вокруг вертикальной оси. Поверхность жидкого металла в результате
взаимодействия силы тяжести и центробежной силы примет
параболическую форму. При увеличении скорости вращения параболическая
форма поверхности вращающейся жидкости переходит в
гиперболическую.
Специалисты считают, что в сочетании с электронной техникой
может быть создан жидкий телескоп с диаметром около 30 м.
Регулируя скорость вращения этого зеркала, можно изменять его фокусное
расстояние. Более того, используя застывающие полимеры, точно
таким же образом можно изготавливать и сами параболоиды вращения,
регулировать кривизну поверхностей. Нашло применение и
отрицательное свойство жидкого зеркала — изменять свой профиль при
малейших наклонах. По этому принципу могут быть построены
различные датчики, например, землетрясений.
Форма кубической параболы (у = схъ, где с — постоянная
величина), используется для переходной вставки между прямолинейными и
круговыми участками железной дороги. В точке сопряжения с прямым
участком радиус кривизны переходной кривой должен равняться
бесконечности, а затем, по мере продвижения поезда по переходной
кривой, в точке сопряжения с окружностью должен равняться ее радиусу.
Это обеспечивает плавное нарастание центробежной силы от нуля до
максимального значения.
Пример 6.11. Лента Мебиуса. Если концы длинной ленты
соединить, то образуется кольцо. Но если при этом плоскости соединяемых
концов развернуть на 180°, то получится так называемая лента
Мебиуса, названная в честь профессора университета Августа Фердинанда
Мебиуса (1790—1868), который впервые упомянул о ней в 1858 г. Эта
замкнутая лента, которую часто называют односторонней
поверхностью, обладает многими удивительными свойствами.
В конце XIX в. патентные службы начали регистрировать
изобретения, в основе которых была односторонняя поверхность.
Более чем в 70 советских авторских свидетельствах на изобретение
в формуле изобретения упомянута Лента Мебиуса. Оказалось, что не
менее 60 % решений связано с удвоением площади рабочей грани
бесконечного ремня при неизменных габаритах. Одно из первых отечест-

6. Поиск ресурсов при решении технических задач
103
венных изобретений, в котором было предложено использовать ленту
Мебиуса (а. с. 70549) — ленточная пила, в которой режущие зубья на
гибком полотне пилы выполняются с двух сторон (рис. 6.18).
Рис. 6.18. Двусторонняя ленточная пила
Несколько позже стали применять магнитные, шлифовальные
ленты и ленты для матричных принтеров с удвоенной рабочей
поверхностью, что увеличило их срок службы.
Ленту Мебиуса можно использовать в устройствах для
перемешивания смесей (рис. 6.19). В такой установке вектор силового воздействия
в каждой точке соприкосновения рабочего органа с перемешиваемыми
продуктами меняет свое направление на 360° за каждый оборот вала.
При этом частицы, контактирующие с рабочим органом, приобретают
более сложную траекторию движения (в отличие от обычных
смесителей), определяемую уже не двумя-тремя степенями свободы, а шестью.
Вид Л
Рис. 6.19. Применение ленты Мебиуса для перемешивания продуктов
Авторы этих изобретений утверждают, что такой рабочий орган
позволяет повысить производительность обработки на 10...15 %.
Пример 6.12. Свойства гиперболоидов вращения. Гипербола —
геометрическое место точек М, разность расстояний которых до двух
других точек F и F' (фокусов) имеет постоянное абсолютное значение:
MF - MF' = const (рис. 6.20).

104
Раздел 2. Приемы и методы решения технических задач
Рис. 6.20. К пояснению свойств гиперболы
Возможно определение гиперболы как сечения конуса плоскостью,
параллельной двум его образующим. Каноническое уравнение
гиперболы имеет вид
х
7
Z1
ь2
1,
где а и b — постоянные.
Гиперболоид — поверхность, образуемая при вращении гиперболы.
В зависимости от того, происходит ли вращение вокруг линии,
соединяющей фокусы, или вокруг перпендикулярной к ней прямой,
проходящей через ее середину, получается двупол остный (рис. 6.21, а) или
однополостный (рис. 6.21, б) гиперболоид вращения.
Так же, как и цилиндрические и конические поверхности,
однополостный гиперболоид может быть получен скольжением прямой линии
(рис. 6.22). Поэтому перечисленные поверхности получили общее
название линейчатых.
,
Рис. 6.21. Гиперболоиды вращения:
а — двуполостным; б — однополостный
Рис. 6.22. Гиперболоиды —
линейчатые поверхности
Пример 6.13. Башня Шухова. Свойство гиперболических тел
образовывать криволинейную поверхность из прямых линий позволило
выдающемуся русскому инженеру, выпускнику 1878 г. Московского
Императорского технического училища (МГТУ им. Н. Э. Баумана)
В. Г. Шухову получить свою знаменитую Привилегию (патент) № 1896
«...ажурная башня, характеризующаяся тем, что остов ее состоит из
пересекающихся между собой прямолинейных деревянных брусьев
или железных труб, или угольников, расположенных по производя-

6. Поиск ресурсов при решении технических задач
105
Рис. 6.23. Схема
фрагмента башни Шухова
щим тела вращения, форму которого имеет
башня, склепываемых между собою в точках
пересечения и, кроме того, соединенных
горизонтальными кольцами» (рис. 6.23).
Башня выполнена в форме однополостного
гиперболоида. Прямолинейные образующие
башни, соединенные в точках пересечения,
придают ей дополнительную жесткость. Если
бы приняли решение делать ажурную и в то же
время жесткую конструкцию башни
цилиндрической формы, то пришлось бы применить
криволинейные стержни, изготовление
которых является весьма трудоемким процессом.
Возникли бы также сложности транспортировки и монтажа
конструкции, значительно усложнилась увязка размеров стыкуемых элементов
конструкции.
Практика подтвердила инженерный расчет Шухова. В мире
построено около двухсот подобных конструкций (маяков, башен, антенн).
В СССР выдано более десятка авторских свидетельств, основанных
на этом же свойстве, но принцип его использования остался
неизменным.
Еще одним замечательным свойством
гиперболоида является способность изменять
боковой профиль вплоть до цилиндрической
поверхности. Для этого прямолинейные стержни,
образующие гиперболоид, соединяются с
торцевыми кольцами шарнирно. При вращении
верхнего кольца относительно нижнего вокруг
оси О—О' (рис. 6.24) происходит изменение
формы боковой поверхности. Таким образом
можно изменять форму вращающегося
абразивного инструмента, сельскохозяйственного
орудия или фрезы.
При вращении колец изменяется угол
наклона образующих к основанию. Это
позволяет выбирать оптимальный угол резания плуга,
центробежной мельницы. Возможность
регулирования сечения и объема однополостного
гиперболоида относительным вращением наружных колец нашло
применение для изменения проходных сечений в затворах, тормозах,
захватах, отжимающих устройствах и в других ТО.
Рис. 6.24. Изменение
формы боковой
поверхности гиперболоида
вращением колец
6.2.3. Физические эффекты
В основе физических эффектов лежат явления взаимодействия
веществ и полей, которые совместно с формой и временными
характеристиками фазовых переменных обуславливают проявление новых
системных свойств.

106
Раздел 2. Приемы и методы решения технических задач
Пример 6.14. Эффект Доплера. Из физики известен эффект
Доплера, который заключается в изменении частоты колебаний (длины
волны), воспринимаемой наблюдателем, если источник колебаний
движется относительно наблюдателя или наблюдатель движется
относительно источника (рис. 6.25).
Движущийся источник
Наблюдатель
Рис. 6.25. Иллюстрация эффекта Доплера:
vH — скорость движения источника; vc — скорость распространения волны в среде
Эффект Доплера имеет чисто кинетическое происхождение.
Поэтому он наблюдается для любых волн — звуковых и электромагнитных.
По этому принципу работает радиовзрыватель ракет, некоторые
расходомеры жидкостей. Эффект Доплера лежит в основе работы датчиков
измерения скоростей источников излучений и объектов, которые
отражают волны. Жидкие вещества должны быть гетерогенными — иметь
границы, от которых бы отражались волны, излучаемые источником,
например, твердые частицы, пузырьки газа.
Пример 6.15. Лазерное излучение. Лазер — генератор когерентного
света. Идеально упорядоченная (когерентная) волна имеет строго
определенные длину и частоту, плоский фронт и является идеально
поляризованной. Лазерный луч может иметь в диаметре доли миллиметра и
очень высокую плотность энергии. Эти свойства нашли широкое
применение в микроэлектронике, послужили основой для многих
лазерных технологий: сверление, резка материалов, сварка и пайка,
поверхностная обработка для упрочнения, селективное осаждение слоев
металла, маркировка и гравировка.
Пример 6.16. Поляризованный свет. Когда поляризованный свет
проходит через кварцевую пластинку, плоскость поляризации
поворачивается на некоторый угол, величина которого зависит от толщины
пластинки. Известно, что толщина пластинки зависит от температуры.
Сочетание этих двух эффектов дает новый ФПД — способ измерения
температуры.

6. Поиск ресурсов при решении технических задач
107
Пример 6.17. Сверхпроводимость. В 1911 г. в опытах с сильно
охлажденной чистой ртутью было открыто явление сверхпроводимости.
Данный физический эффект характеризуется скачкообразным
исчезновением электрического сопротивления при критическом значении
температуры и выталкиванием магнитного поля из сверхпроводника. Этот
эффект использован в ряде устройств: мощные сверхпроводящие
магниты, магнитные опоры и подвески, сверхпроводящие
сверхвысокочастотные передатчики и приемники, ускорители заряженных частиц и др.
Еще больше предложено перспективных проектов типа магнитопланов
и магнитоходов, ЭВМ на сверхпроводниках. Сверхпроводники
совершенствуются, их критическая температура повышается, практически до
комнатной.
Современная техника требует активного применения достижений
фундаментальных естественных наук в инновационных разработках.
В настоящее время сделаны попытки систематизации
физико-технических и физико-химических эффектов [38, 117], разработаны
программные продукты [27], которые помогают пользователю в поиске нужных
эффектов для синтеза физического принципа действия проектируемого
устройства. Просмотр указателей и перечней физико-технических и
физико-химических эффектов способствует активизации
операционного мышления и помогает провести аналогию при поиске ФПД
разрабатываемого устройства.
б.З. Ресурсы пространства и времени
В рассмотренных в разд. 3.2 основных приемах влияния на
системные свойства объекта использовались абстрактные понятия:
компоненты и связи. При решении технических задач эти понятия
конкретизируются понятиями вещества и поля. Ресурсами для изменения
системных свойств ТО являются: введение, удаление в ТС веществ и
полей для создания или разрыва связей между ними, проведение
количественных изменений в свойствах веществ и полей. Однако любой
ТО существует в пространстве и времени. Поэтому в дополнение к
рассмотренным приемам, которые позволяют влиять на системные
свойства объекта (см. рис. 3.5), следует добавить еще два — ресурсы
пространства и времени, которые также участвуют в формировании
ФПД (рис. 6.26).
6.3.1. Ресурс пространства
При решении задачи целесообразно периодически проверять, не
присутствует ли в сознании ВПИ, который ограничивает
пространственный ресурс. Практика показывает, что при решении задачи фор-

108
Раздел 2. Приемы и методы решения технических задач
Количественные
изменения
в компонентах
и связях
> Ш
Форма
Взаимное
\ расположение
Рис. 6.26. Ресурсы для формирования системных свойств ТО:
{S} — системные свойства ТС
мируется ВПИ, заключающийся в том, что решение ищется на линии,
в плоскости, а ресурс пространства — в виде третьего измерения
игнорируется.
Пример 6.18. Построить четыре треугольника из шести спичек.
Понятие «треугольник» ассоциируется с плоскостью, и попытки решить
задачу в плоскости не увенчаются успехом. «Выход в пространство» сразу
приводит к решению — построить пирамиду.
К ресурсам пространства можно отнести, с одной стороны,
изменение формы объекта (вещества или поля) и, с другой стороны, взаимное
расположение веществ и полей.
Пример 6.19. Исследования вольтова столба В. В. Петровым.
Профессор В. В. Петров в начале XIX в. проводил исследования с
вольтовым столбом. Ему нужен был мощный источник электрической
энергии. Для этого он изготовил электрическую батарею. Между медными
и цинковыми кружками располагались бумажные кружки,
пропитанные электролитом, которые разделяли медные и цинковые элементы.
Но выдавливание жидкости в вертикально установленных столбах
препятствовало созданию особо крупных батарей.
По проекту Петрова была изготавлена батарея, состоящая из 4200
медных и цинковых кружков. Общая длина столба составила 12 м,

6. Поиск ресурсов при решении технических задач 109
столб лежал в ящиках из красного дерева. Благодаря лежачей
конструкции тяжелые металлические кружки не выдавливали жидкости.
Получив мощный источник энергии, Петров провел исследования, которые
привели его к открытию электрической дуги.
Пример 6.20. Регулятор для дуговой лампы П. Н. Яблочкова. В
начале 70-х годов XIX в. П. Н. Яблочков пытался решить проблему
создания надежного регулятора для дуговой лампы.
Угольные электроды выгорали, увеличивалось расстояние между
электродами, и дуга в лампе гасла. Над этой задачей бились многие
изобретатели. Дуговые лампы имели сложный механизм сближения
угольных стержней, который плохо работал.
Яблочков нашел оригинальное решение. Оказалось, что достаточно
было поставить угольные электроды вертикально, параллельно,
изолировав друг от друга каолиновой прокладкой определенной толщины.
Это решение он запатентовал во Франции в 1876 г.
Однако работа лампы на постоянном токе приводила к тому, что
положительный электрод (анод) выгорал быстрее катода. Это также
приводило к увеличению расстояния между электродами. Такую задачу
можно решить несколькими способами. Один из них — ресурс
пространства. Если один из электродов выгорает быстрее, то его нужно
сделать длиннее, сохранив при этом постоянный зазор. Следовательно,
он должен быть не прямым, а изогнутым в пространстве.
Можно также сделать их одинаковыми, но изменить форму и
размеры сечения одного из них.
Ресурс пространства можно использовать в виде двух приемов:
1) проанализировать форму объекта, посмотреть нельзя ли ее
изменить, чтобы получить нужное свойство;
2) проанализировать взаимное расположение объектов; наклонить,
повернуть, поменять их местами, использовать пустое пространство,
расположить один объект внутри другого (принцип матрешки),
проверить, рационально ли используется пространство.
Например, для защиты емкостей с водой от разрыва при
замораживании в них вводят эластичные вставки (камеры), заполненные
воздухом — резиновый или пластмассовый шланг, мяч и т. п. Эластичная
вставка принимает на себя давление расширяющейся при замерзании
воды; вставка сжимается, деформируется, и давление в емкости
повышается незначительно.
Пример 6.21. Измерение давления сварочной дуги. Для измерения
давления сварочной дуги ее зажигали на специальных весах (рис. 6.27, а).
К чувствительному элементу подводили токопровод. Сварочный ток
большой, поэтому токопровод должен быть большого сечения. Но
присоединение к чувствительному элементу жесткого токопровода резко
увеличивает погрешность измерения.
Необходимо так подвести сварочный ток к чувствительному
элементу, чтобы жесткость токопровода не влияла на результаты
измерений.

110
Раздел 2. Приемы и методы решения технических задач
Вспомогательная дуга
а б
Рис. 6.27. Схемы для измерения давления сварочной дуги:
- жесткий провод снижает точность измерений; б — повышение точности измерения
при использовании полевой связи вместо вещественной
Задачу можно решить, используя два приема: введением поля —
дополнительной сварочной дуги, и использовать ресурс пространства —
дугу зажечь сбоку в районе точки подвеса коромысла (рис. 6.27, б).
6.3.2. Ресурс времени
Ресурс времени предполагает использование следующих приемов:
сделать заранее (или наоборот позднее), увеличить или уменьшить
время воздействия (протекания процесса), изменить временные
характеристики полей (см. рис. 6.6). Для этого в ТС часто необходимо вводить
вещества или поля.
Пример 6.22. Исследование процесса электросварки. В середине XX в.
проводили исследования процесса сварки. Нужно было провести
наблюдение за формой сварочной дуги, плавлением сварочной проволоки
и формой сварочной ванны при изменении режимов сварки (рис. 6.28).
Для этого решили снять процесс на кинопленку.
Присадочная
проволока
Подача аргона
Направление
перемещения
свариваемых
деталей
щжжя
Рис. 6.28. Схема процесса электросварки:
S — подача

6. Поиск ресурсов при решении технических задач
111
Когда пленку проявили, то на ней хорошо была видна яркая дуга.
Однако контуры сварочной ванны и расплавленных капель видны не
были.
Задачу попытались решить введением еще одного компонента —
зажгли вторую дугу, расположенную за кинокамерой, которая освещала
капли и сварочную ванну. После проявления кинопленки оказалось,
что ванна и контуры капель были хорошо видны, однако вторая дуга
оказалась настолько яркой, что контуры основной дуги перестали
просматриваться. Тогда вторую дугу синхронизировали с работой камеры
таким образом, что она освещала место сварки через кадр. После
проявления пленки на одном кадре была хорошо видна основная дуга, а на
следующем — контуры ванны и капель расплавляемой сварочной
проволоки. Во время просмотра фильма хорошо была видна вся картина
при изменении режимов сварки.
Использование ресурса времени часто предполагает выполнение
необходимого действия в наиболее выгодный момент времени или
заранее. Для повышения усталостной прочности в поверхностном слое
детали заранее создаются сжимающие напряжения (см. пример 6.2).
Известно, что бетон хорошо воспринимает сжимающие нагрузки,
но плохо работает на растяжение. В строительстве используются
предварительно напряженные конструкции.
Пример 6.23. Останкинская телебашня. От ветровой нагрузки
Останкинская телебашня раскачивается, возникает изгибающий момент.
Следовательно, возможно появление зон с растягивающими
напряжениями.
Для того чтобы при эксплуатации в Останкинской телебашне не
возникали растягивающие напряжения, внутри нее расположили
специальные тросы и в процессе строительства натянули их так, что
создали заранее сжимающие напряжения в бетоне.
6.4. Количественные изменения
Этот прием заключается в том, что мысленно изменяют
количественную характеристику какого-либо компонента или связи в ТС. При
этом системные свойства ТО могут измениться таким образом, что
обнаружится нужное свойство, использование которого позволит решить
поставленную задачу.
Пример 6.24. Термометр для долгоносиков. «Однажды в Институте
зерна академик Лисицын сказал изобретателю Качугину, что состоится
совещание по важнейшей научной проблеме — борьбе с
жуком-долгоносиком. Нужно исследовать условия его существования и, в
частности, определить точную температуру тела жучка. Приборов,
позволяющих решить такую задачу, в то время не было.

112
Раздел 2. Приемы и методы решения технических задач
— Тема стоит пятьдесят тысяч, но неизвестно, можно ли на эти
средства сконструировать нужный прибор, — сказал с озабоченностью
академик.
— Зачем строить прибор? Температуру долгоносика можно
измерить обыкновенным медицинским термометром, — ответил Качугин.
Лисицын посмотрел на изобретателя так, как смотрят на человека,
который сделал вид, что понял устройство паровоза, а сам уточняет, в
каком месте к паровозу пристегивают лошадей.
Но Качугина не смутил этот взгляд.
— Надо набрать стакан долгоносиков, закрыть его, чтобы
долгоносики не расползлись, и через отверстие в крышке опустить в середину
стакана медицинский термометр. Через некоторое время он покажет
температуру тела долгоносиков. А вы подумали, что я предложу ставить
термометр долгоносику под мышку?
Академик задумался на минуту.
— Возможно, вы правы,— сказал он.
Опыт показал, что Качугин был прав.
Качугин легко решил задачу потому, что за деревом сумел увидеть
лес. Когда один объект объединяется с другими такими же объектами,
образуется система, обладающая некоторыми новыми качествами.
Собранные в стакан жучки сохраняют свою температуру, но измерить ее у
массы жуков намного легче, чем у одного жука» [120].
Альтшуллер назвал этот прием «оператор РВС», который
заключается в том, что изменениям в системе подвергается размер, время и
стоимость. Это условное название приема. Прием подразумевает изменения
многих параметров, характеризующих вещества, поля и их
взаимодействие, например, изменение степени дисперсности вещества, формы
вещества, полевой характеристики процесса (см. рис. 6.6) и т. д.
Альтшуллер предлагает использовать этот прием для развития
творческого воображения. В работе [120] он отмечает: « Чтобы преодолеть
психологическую инерцию, мы используем оператор РВС. Это шесть
мысленных экспериментов, которые последовательно расшатывают
привычное зрительное представление. Мысленно увеличиваем размеры
(или другой основной параметр) «штуковины» в тысячу, в миллион
раз... уменьшаем размеры... увеличиваем продолжительность процесса...
уменьшаем... увеличиваем допустимую стоимость... уменьшаем...
Оператор РВС не всегда дает решение задачи. Собственно, он и не
предназначен для этого. Его цель — сбить психологическую инерцию
перед решением».
Однако практика показала, что кроме активизации творческого
воображения, этот прием направлен и на непосредственный поиск
ресурсов, ибо количественные изменения в анализируемом объекте
могут приводить к появлению новых системных свойств, которые
представиться возможным использовать для достижения требуемого
результата.

б. Поиск ресурсов при решении технических задач
113
Пример 6.25. Применение оператора РВС [91]. При строительстве
газопроводов необходимо сооружение на трассе компрессорных
установок и емкостей для газа. Весьма часто они возводятся вдали от
крупных промышленных центров. Емкость для газа представляет собой
сварную цилиндрическую конструкцию диаметром около 50 м и
высотой 20 м.
Изготовление крыши для этой емкости вызывает массу
затруднений, вследствие чего затягиваются сроки строительства, так как много
времени уходит на возведение специальных лесов и их демонтаж,
монтажные работы ведутся на высоте, часто в стесненных условиях.
Лучше было бы сварить крышу на земле, а затем поднять ее и
приварить к стенкам цилиндра. Однако как это сделать, если нет мощного
подъемного оборудования? Вес готовой крыши составляет порядка
150 т. Завозить специальное подъемное оборудование только для
подъема крыш (особенно в условиях бездорожья) не выгодно.
Мысленные эксперименты с задачей по оператору РВС можно
начать с уменьшения размера крыши. Как поднять крышу диаметром
5 м? Вероятно, вес ее в этом случае был бы доступен обычному
подъемному крану. А если уменьшить мысленно размер крыши еще в
десять раз? Крышу диаметром 0,5 м можно было бы доставить наверх
даже вручную.
Если задача при использовании оператора РВС в одном из
направлений изменения параметра резко упрощается, то мысленные
эксперименты в эту сторону прекращаются.
Если мысленно увеличить исходные размеры крыши в 10 раз, то
вес ее должен увеличиться пропорционально квадрату диаметра, т. е.
примерно в 100 раз. Итак, нужно поднять крышу диаметром 500 м и
весом 15 000 т. Как это можно сделать?
Хочется от этой задачи отказаться. Но, допустим, что если такая
конструкция была бы действительно изготовлена, неужели нельзя
найти способ поднять и установить ее на заданное место? Разумеется,
можно. История знает примеры. Строители древних пирамид умели
поднимать громадные тяжести на большую высоту.
Можно было бы сделать гору, например, из песка, на ней
смонтировать крышу. Затем приваривать к ней стенки, а песок удалять
постепенно. А если мысленно увеличить размеры крыши еще в десять раз?
Как поднять крышу диаметром в пять километров? Вообразить себе эту
ситуацию не так-то просто, но можно. Прежде всего, сразу становится
понятно, что такую крышу нельзя будет поднимать, прилагая силу в
отдельных точках. Прилагаемую снизу силу нужно будет как-то
распределить, создавая давление на всю площадь крыши. Это можно сделать,
например, жидкостью. А если крыша плавучая? Это уже идея.
Можно собрать крышу внутри цилиндра, снабдить ее
«плавучестью» и наполнив цилиндрическую оболочку водой, поднять ее на
заданную высоту. Может быть, использовать воздушные шары,
располагая их не сверху, а снизу, под крышей.
Вернемся к исходным размерам крыши — диаметром 50 м и будем
менять время протекания процесса — время подъема крыши. С
помощью кранового оборудования это можно сделать, например, за 1 ч.

114
Раздел 2. Приемы и методы решения технических задач
А если нужно сделать за 5 мин? Попробуем еще больше обострить
ситуацию. Как поднять крышу за 5 с, за 0,5 с?
Здесь может помочь только взрыв. А если использовать
цилиндрическую оболочку в качестве ствола, а крышу в качестве пыжа?
Выстрелить крышу, задержав ее на нужном месте с помощью специальных
фиксаторов. Как, правда, при этом быть с техникой безопасности и
прочностью конструкции?
Попробуем мысленно увеличивать время протекания процесса.
Время не ограничено (В -> со). Если бы крышу можно было бы
поднимать целый год, как можно распорядиться этим временем?
Легкость этого мысленного эксперимента является кажущейся.
Задача же состоит в том, чтобы искать и использовать такие процессы,
которые длились бы именно целый год непрерывно и постепенно.
Нужно постараться мысленно увидеть такие процессы, например,
использовать процессы разбухания пористых материалов при их
смачивании, посадить под крышей бамбук и вырастить его до необходимой
высоты и т. п.
Обратимся, наконец, к третьему параметру РВС — стоимости
процесса подъема крыши. Стоимость подъема крыши с помощью
специального оборудования с учетом затрат на его доставку и монтаж весьма
большая. Можно снизить затраты за счет использования природных
ресурсов или имеющегося оборудования? На этом этапе высказанные
ранее идеи начинают комбинироваться с возможностями имеющегося на
строительстве оборудования. Например, использовать компрессоры
(вместо взрыва) для создания необходимого давления воздуха под
крышей, обеспечив ее сопряжение с цилиндрической оболочкой как
поршня с цилиндром, создав уплотнение по периметру из эластичного
материала. Идея этого решения близка к той, которая была применена на
практике. В свое время это позволило существенно снизить сроки
строительства и повысить качество монтажа.
Таким образом, в процессе применения оператора РВС удается не
только быстро и радикально изменить представление о задаче, но и
найти интересное решение.
Мысленное экспериментирование с помощью оператора РВС таким
образом изменяет задачу, что возникают ассоциации с известными
способами и устройствами. Это активизирует мышление, срабатывает
аналогия. Возникают идеи по решению задач благодаря найденным
ресурсам, т. е. этот оператор способствует проявлению системного эффекта в
мышлении.
6.5. Модели вепольного анализа
Для выполнения некоторой физической операции осуществляется
синтез ФПД (см. рис. 5.1), который можно рассматривать как
взаимодействие веществ и полей.

б. Поиск ресурсов при решении технических задач
115
Например, процессы токарной обработки, шлифования, обработки
давлением можно охарактеризовать такими полевыми
характеристиками как: форма поверхности контакта между инструментом и
заготовкой; напряжения, возникающие в поверхностном слое; напряжения и
деформации, возникающие в теле заготовки и инструменте; тепловое
поле в зоне инструмента и заготовки.
Абстрактные поля характеризуют (качественно или количественно)
вещества, поля или их взаимодействие, например, форма тела, поле
распределения напряжений, температуры и т. д. Изменение
абстрактного поля может приводить к изменению системных свойств объекта.
Для активизации мышления при поиске ресурсов в процессе
решения технической задачи Альтшуллер предложил построение вепольных
моделей, в которых отражается взаимодействие веществ и полей
(см. приложение 10).
Вепольную модель следует рассматривать как модель задачи, которая
дает некоторый зрительный образ, активизирующий мышление, и
позволяет более глубоко вникнуть в рассматриваемую проблему,
нацеливает на поиск вещественно-полевых ресурсов. В самом общем случае ее
можно представить в виде схемы, изображенной на рис. 6.29.
Пф
/ \ Поле физическое
"~" Вещество
- Поле абстрактное
Рис. 6.29. Обобщенная вепольная модель задачи
Абстрактное поле — полевая характеристика веществ (Bi, В2),
физических полей (Пф), а также взаимодействий между веществами и
полями.
В примере, показанном на рис. 6.5, форма судна обеспечивает ему
остойчивость. В вепольной модели выталкивающая сила отображается
физическим полем (Пф), а абстрактное поле (Па) характеризует форму
судна.
Таким образом, взаимодействие веществ может характеризоваться
не одним, а несколькими видами полей. Изменяя эти поля, можно
влиять на свойства исследуемых процессов.
Присутствие абстрактного поля в модели может ориентировать на
применение приема произвести количественные изменения в
вещественно-полевых взаимодействиях, например, изменить характер
распределения температуры, внутренних напряжений, форму тела, характер его
движения и т. д.
\у

116
Раздел 2. Приемы и методы решения технических задач
В зависимости от поставленной цели технические задачи в самом
общем виде можно разделить на два типа:
1) задачи на обнаружение или измерение параметров веществ или
полей;
2) задачи на изменение объектов (изделий), т. е. осуществление
целенаправленного физико-химического воздействия на некоторый
объект для изменения его свойств. Разница в этих двух задачах
заключается в объекте.
В задачах на измерение (обнаружение) объектом может быть поле
или вещество, а в задачах на изменение — только вещество, хотя
первоначально задача может быть сформулирована в следующем виде:
изменить поле, например, напряжение, частотную характеристику и т. д.
Однако для этого нужно изменить ТС, т. е. необходимо воздействовать
на вещество или физическое поле, чтобы изменить их полевые
характеристики.
При взаимодействии веществ нужно рассматривать также
абстрактные поля, которые характеризуют это взаимодействие. Изменением
физических и абстрактных полей можно влиять на свойства
исследуемых объектов.
Поэтому присутствие в модели, изображенной на рис. 6.29, полей
Па и Пф, даже если они еще четко и не определены, ориентирует на
поиск этих важнейших характеристик процесса, вводит в сознание эти
понятия как категории мышления, облегчающие поиск ресурсов для
получения нужного результата.
Взаимодействие полей может осуществляться не только через
вещества. Например, сила Кориолиса является результатом взаимодействия
двух полей: вращательного и поступательного движения. Эффект
Доплера проявляется при наличии относительного движения двух тел —
источника и приемника излучения, и переменного звукового или
электромагнитного полей. Вещество может являться как носителем, так и
регистратором взаимодействия полей.
Связь между абстрактным полем и физическим, а также с
веществом показывает, что абстрактное поле каким-либо образом
характеризует соответственно физическое поле или вещество.
Связи в вепольных моделях отражают взаимодействие между
веществами и полями. Это взаимодействие может быть адекватным —
соответствовать требованиям, а может быть не адекватным, например,
недостаточным, избыточным, оказывать вредное воздействие на вещество
или поле, полезное действие может сопровождаться нежелательными
явлениями. В вепольных моделях адекватное взаимодействие будем
обозначать сплошной линией, а неадекватное — пунктирной.
В терминах вепольного подхода можно выделить три типовые
задачи, отражающие взаимодействие между веществами, веществами и
полями и между полями (табл. 6.1). Наиболее общий прием устранения

б. Поиск ресурсов при решении технических задач
117
неадекватного взаимодействия — введение посредника — вещества (В)
или поля (П).
Таблица 6.1. Типовые задачи связанные с взаимодействием веществ и полей и приемы
их решения
Вепольная
модель задачи
Bi в2
в п
п, п2
Проблема
Нет взаимодействия
между веществами
Вредная связь между
веществами
Задачи
Создать
взаимодействие
Разорвать связь
Нет взаимодействия ме- ; Создать взаимодей-
жду веществом и полем ствие
Вредное взаимодействие
между веществом и
полем
Нет взаимодействия
между полями
Вредное взаимодействие
между полями
Разорвать связь
Создать
взаимодействие
Разорвать связь
Приемы устранения плохого
взаимодействия
Bi В3 В2
В! П В2
В! — в2 — п
Щ — в — п2
В самой постановке задачи проблема заключается в том, что либо
нет требуемого взаимодействия, либо это взаимодействие не
соответствует поставленной задаче или некоторое полезное действие
сопровождается появлением нежелательного эффекта. Задачи, в которых
полезное взаимодействие сопряжено с вредным воздействием одного
компонента системы на другой более подробно рассмотрены в гл. 6.
В соответствии с приемами системного подхода (см. рис. 3.5 и
рис. 6.26), общий принцип поиска решения состоит во введении (или
удалении) в схему исходной вепольной модели задачи веществ, полей
или количественные изменения полевых характеристик веществ, полей
и их взаимодействия. Цель этих действий — получить нужное
взаимодействие или избавиться от вредного за счет получения системного
эффекта.
Например, при пайке для растворения оксидов и улучшения
смачивания деталей (Bi) расплавленным припоем (В2) вводят флюс (Вз).
Следует отметить, что предложенные приемы изменения свойств
системы дают некоторые ориентиры в поиске решения, они не
гарантируют получения нужного синергетического эффекта.
Для решения задачи можно предложить следующую схему
рассуждения:
1) выявить плохое взаимодействие между веществами или
веществами и полями, понять причину. Построить модель задачи (см. рис. 6.29);
2) поставить перед собой задачу: можно ли создать требуемое
взаимодействие введением в систему веществ и полей;

118
Раздел 2. Приемы и методы решения технических задач
3) сформулировать требования к вводимым веществам и полям,
определить какими свойствами они должны обладать.
Практически для организации требуемого взаимодействия
осуществляется поиск ФТЭ.
Пример 6.26. Очистка изделий и технологических сред. Очистке
деталей от загрязнений существенно препятствуют силы сцепления между
их поверхностью и частицами грязи. Чтобы разорвать эту связь,
вводится вещество-посредник. Например, поверхностно-активные
вещества (ПАВ), действие которых основано на ослаблении
межмолекулярных связей между загрязнениями и поверхностью очищаемой детали.
Сами ПАВ практически не расходуются и остаются в растворе.
Для финишных процессов в микроэлектронике используется вода
высочайшей степени очистки. После многократной дистилляции в ней
все же остаются микродозы солей, которые удаляют, пропуская воду
через ионообменник. При этом ионообменные смолы не расходуются,
а перераспределяют ионы загрязнений воды нужным образом.
В технологиях микроэлектроники используют газы высокой
степени чистоты. Однако в процессе хранения они быстро вбирают влагу.
Чтобы осушить технологические газы, применяют абсорбенты, которые
поглощают пары воды. После нагревания они выделяют воду и их
можно использовать повторно.
Если наблюдается плохое взаимодействие между полями и
веществами, то ресурсы для устранения плохих взаимодействий можно искать
в НС, т. е. во внешнем источнике поля. Всякое физическое поле
создается веществом. Например, магнитное — магнитом или
электромагнитом, световое — источником излучения, тепловое — источником
тепловой энергии. Тогда может ставиться задача изменить свойства
вещества — источника поля, его формы, расположения в пространстве и т. д.
В этом случае, даже если источник физического или абстрактного поля
непосредственно не участвует в выполнении ГПФ, в вепольную модель
можно ввести вещество — источник поля. В частности, можно указать
источник поля скоростей, электромагнитного или ультразвукового
излучения. Например, если в исследуемом процессе физическое поле
плохо управляется инструментом (рис. 6.30), то введение в модель абст-
Пф В„ф
Bi в2
\/
Па Впа
Рис. 6.30. Введение в вепольную модель веществ — источников поля:
Вп.ф — вещество, являющееся источником поля физического; Впа — вещество, являющееся
источником поля абстрактного

б. Поиск ресурсов при решении технических задач
119
рактного поля акцентирует внимание на изменение этого источника.
Однако следует отметить, что при этом модель становится сложнее.
Структурные модели вещественно-полевых взаимодействий создают
некоторый зрительный образ, активизирующий мышление на поиск
ресурсов для решения технической задачи.
6.5.1. Задачи на изменение объекта
В общем случае задача заключается в том, что нужно найти способ
воздействовать на некоторый объект (обрабатываемый — В0 или
инструмент — Ви) таким образом, чтобы обеспечить адекватное
вещественно-полевое взаимодейстие.
В табл. 6.2 приведены некоторые примеры улучшения
взаимодействия между обрабатываемым изделием и инструментом (В0 Ви).
Таблица 6.2. Примеры решения задач по улучшению взаимодействия инструмента
с обрабатываемым изделием
1
Прием решения задачи
Введение вещества —
посредника (Bj), хорошо
взаимодействующего с
инструментом и с изделием
Введение поля (П), которое
хорошо взаимодействует с
инструментом
Введение теплового поля
(ПТепл). которое хорошо
взаимодействует с изделием
Введение ультразвукового
поля (Пузк), которое
хорошо взаимодействует с
инструментом и с изделием
Введение вещества —
посредника (ВО и поля (П),
которое хорошо
взаимодействует как с посредником,
так и с инструментом
Вепольная схема
в0 В] — ви
мех
\
в0—ви
\ /
па
*мех
/ \
в0—ви
\ /
**тепл
ААузк
/ \
о инстр
Пример
Обработка резанием (В] — введение смазоч-
но-охлаждающей жидкости — нет перегрева
инструмента и детали)
Химическое травление металлов (Ви —
химический реактив, Пмех — перемешивание
раствора. Улучшается полевая
характеристика процесса (Па) — равномерное
воздействие раствора по поверхности детали)
Обработка давлением (Ви — формующий
инструмент создает механическое
воздействие (Пмех) на заготовку; Птепл — нагрев
заготовки (тепловое поле))
Промывка деталей (введение
ультразвукового поля Пузк, Винстр — моющий раствор)
Пэ Гальванопластика — получение копий пу-
1 \ тем нанесения металла и отделения его от
В0— В, — Вм исходной формы (В] — разделительный
слой (графит), Вм — гальванически
осажденный металл, Пэ — электрическое поле)
Другой типичной проблемой является плохое взаимодействие поля
(Пи) с объектом (В0) — нет нужного взаимодействия между полем и
изделием или полезное действие поля сопряжено с нежелательным
воздействием (В0 Пи) (табл. 6.3).

120
Раздел 2. Приемы и методы решения технических задач
Таблица 6.3. Пример решения задачи улучшения взаимодействия вещества и поля
Прием решения задачи
Введение дополнительного
вещества (Вдоп), которое
улучшит взаимодействие
инструмента с изделием
Вепольная схема
пи
/ \
Во_ ВДОП_В1
\ /
*^давл
Пример
При гибке труб от момента внешних (Пи)
сил деформируется сечение. В трубу
вводят наполнитель (Вдоп), который создает
давление внутри трубы (Пдавл)
Пример 6.27. Обогрев аудитории в 1919 г. Зимой 1919 г., спасаясь от
холода, студенты Московского авиатехникума соорудили прямо в
аудитории, где слушали лекции Н. Е. Жуковского, печку. Но в суровые
морозы печка не могла прогреть все помещение. Поэтому на нее
поставили бак с водой — своего рода тепловой аккумулятор. Он работал, но
только нещадно парил, мешал заниматься. Сырость оказалась хуже
холода. Тогда Жуковский посоветовал налить поверх воды машинного
масла. Простейшая хитрость удалась, вода не испарялась и долго
сохраняла тепло.
Пример 6.28. Получение подсолнечного масла. Подсолнечное масло
получают выдавливанием из семян (В0). Однако масло (Вм) имеет
очень большую вязкость и поэтому даже при большом давлении в
раздробленных семенах остается еще очень много масла. Повышение
температуры смеси в какой-то степени решает задачу. Но высокую
температуру давать нельзя, так как ухудшаются свойства масла. Как
повысить выход масла из семян?
Эту задачу можно трактовать так, что между клетчаткой и маслом
слишком большая связь, сильное взаимодействие. Исходную веполь-
ную модель, представленную на рис. 6.31, а, нужно преобразовать так,
чтобы разорвать связь (В0 Вм). Это можно сделать введением
вещества-посредника (рис. 6.31, б). Каким свойством должно обладать это
вещество? Вещество-посредник (Впоср) должно растворять масло, не
портить его пищевые свойства, быть дешевым, легкодоступным и,
наконец, оно должно легко удаляться из масла.
Для повышения выхода масла при последнем выдавливании
добавляют керосин (Впоср), снижающий вязкость масла, который затем
удаляют выпариванием.
Пл
П„
=>
Пп
пТ!
Рис. 6.31. Вепольная модель к примеру 6.28:
а — исходная модель; б — преобразованная
Следует отметить, что здесь использован ресурс времени — сделать
заранее, т. е. заблаговременно придать веществу нужные свойства.

б. Поиск ресурсов при решении технических задач
121
6.5.2. Задачи на обнаружение и измерение свойств объекта
Обнаружение и измерение величин, характеризующих свойства
веществ и полей, относится к задаче получения информации. При этом
можно выделить два вида величин:
1) величины, характеризующие свойства полей — фазовые
переменные например, напряжение и сила электрического тока, сила и
скорость в механике, а также величины, характеризующие состояние
объектов (веществ), например, распределение температуры, давления,
которые по существу являются полевыми характеристиками.
Как было отмечено ранее, форма тела является его полевой
характеристикой. Эта величина в общем случае зависит от времени, например,
если тело меняет свою форму в процессе работы (надувная
конструкция, трубчатая пружина в манометре);
2) величины, характеризующие свойства веществ, или компонентов,
входящих в ТС, например, масса, момент инерции, электрическое
сопротивление, диэлектрическая проницаемость, теплопроводность и т. д.
В процессах контроля можно выделить две задачи: обнаружения
веществ, полей и измерения параметров, характеризующих свойства
веществ и полей.
В задачах измерения важнейшим показателем является точность
измеряемой величины.
В задачах обнаружения веществ и полей существенным фактором
является чувствительность, которая характеризуется минимальным
значением параметра, регистрируемого в процессе контроля.
В зависимости от способа регистрации результатов измерений
различают два вида средств измерений:
• измерительные приборы — предназначены для выработки сигнала
измерительной информации в форме, доступной для
непосредственного восприятия наблюдателем;
• измерительные преобразователи — предназначены для выработки
сигнала измерительной информации в форме, удобной для
передачи, дальнейшего преобразования, обработки и (или) хранения, но
не поддающейся непосредственному восприятию наблюдателем.
Измерительным преобразователям, в отличие от измерительных
приборов, часто необходима энергия для осуществления
преобразования информации. Поэтому, если требуется обеспечить преобразование
сигнала, то в вепольной модели обязательно будет присутствовать
поле-источник энергии.
Измерительные приборы могут функционировать с использованием
энергетического поля или без него.
При построении вепольных моделей задач контроля примем
следующие обозначения. Если полевая характеристика регистрируется
измерительным прибором и непосредственно наблюдается, то обозначим

122
Раздел 2. Приемы и методы решения технических задач
Если полевая характеристика преобразуется измерительным
преобразователем, например, в напряжение, силу электрического тока, то ее
можно обозначить Фп, как фазовую переменную.
В соответствии с приведенным определением поля, расположение
дефектов в конструкции является полевой характеристикой.
В процессах контроля часто регистрируются обе характеристики
(Пвых и Фп). Например, при испытаниях на герметичность
крупногабаритных конструкций масс-спектрометрическим методом определяют
место течи — Пвых и величину течи — Фп (ее считывают с
измерительного прибора, но по сути она является фазовой переменной и
показывает массовый расход газа в единицу времени).
Поскольку свойства веществ проявляются при взаимодействии с
другими веществами или физическими полями, то для измерения
величин, характеризующих свойства веществ, нужно организовать это
взаимодействие.
Физические поля несут в себе определенную энергию, поэтому для
их обнаружения и измерения может оказаться достаточным
использовать вещество, которое проявляет некоторое свое свойство и тем самым
позволяет обнаружить или измерить это поле, например, магнитное,
гравитационное и т. д.
Для измерения полей, которые не несут в себе энергию, часто
требуется подводить энергию к исследуемому объекту, например,
измерение толщины покрытия емкостным методом. Иногда можно обойтись и
без подведения энергии, например, определение наличия вещества в
объекте с помощью другого вещества — индикатора, определение
толщины покрытия по скорости его растворения каплей реагента
(кислоты, щелочи).
Подводимая энергия в вепольной модели отражается введением
энергетического поля (Пэ). При вепольном моделировании следует
учитывать еще одно обстоятельство. По способу определения значения
измеряемой величины измерительные приборы подразделяются на две
группы: приборы прямого действия (индикатор часового типа,
пружинные весы) и приборы сравнения (рычажные весы, концевые меры,
предельные калибры).
При разработке прибора прямого действия в вепольную модель
задачи нужно ввести вещество или поле, которые будут регистрировать
измеряемую величину.
Приборы сравнения часто могут быть реализованы в виде двух
компонентов: эталона и сравнивающего устройства, например, рычажные
весы. Поэтому в вепольной модели задачи их можно обозначать в виде
двух веществ: вещество, которое непосредственно взаимодействует с
объектом, и вещество, с которым сравнивается объект.
С учетом изложенного, вепольные модели задач измерения и
обнаружения будут иметь вид, представленный в табл. 6.4 и 6.5.

б. Поиск ресурсов при решении технических задач 123
Таблица 6.4. Вепольные модели задач на обнаружение и измерение параметров полей
Прием решения задачи
Введение
вещества-преобразователя (для
измерительного прибора)
Введение поля и вещества,
которое хорошо с ним
взаимодействует
Введение поля,
взаимодействующего с измеряемым
полем, и
вещества-преобразователя
Введение вещества —
измерительного преобразователя
(Вип) и энергетического
поля для работы
измерительного преобразователя
Введение поля и
вещества-посредника, которое
хорошо с ним
взаимодействует и вещества
измерительного преобразователя
Вепольная схема
П, —В
\
ААВЫХ
П!-В-Пвых
Пример
Контроль температуры: В — термометр,
биметаллическая пластина для измерения
температуры; манометр для измерения
давления; Пвых — наблюдаемое значение
Контроль герметичности: П2 —
ультрафиолетовое излучение; В — люминофор; Пвых —
наблюдение мест утечки
ПИал ' Радиографический метод контроля сварных
/ соединений: П( — расположение дефектов;
1 ~" вых | пизл — рентгеновское излучение; В—
рентгеновская пленка; Пвых — расположение
дефектов на пленке
Пэ : Измерение температуры: Вип — терморези-
* стор; Пэ — электрическая энергия; Фп — на-
"■\ ~~ °шГфп пряжение (показания миливольтметра)
Пд j Контроль герметичности масс-спектромет-
/ 1 \ ' рическим методом: Пд — поле давлений;
Щ~ В2— Bj В2 — гелиево-воздушная смесь; Bi —
1 ; масс-спектрометр; Фвых — величина утечки.
Ф
^вых
пм
/ \
п, в,
1
*вых
Магнитопорошковый метод контроля
качества материалов: Пм — магнитное поле;
Bi — ферромагнитный порошок; Пвых —
распределение порошка на поверхности
Таблица 6.5. Измерение параметров, характеризующих свойства веществ
Прием решения задачи
Введение поля, которое
проявляет свойство вещества
Измерение свойства инстру-
1 мента (Си), изменение
которого однозначно связано с
исследуемым свойством,
введением вещества и
энергетического поля для работы
измерительного
преобразователя
Измерение другого свойства
вещества (Сш), изменение
которого однозначно
связано с исследуемым (Св)
Вепольная схема
Пэ
Св В —X
Пэ
1
Вк
/1
св—Пс—Фп
Св Сш- 11 вых
или
с,—Св,—Фп
Пример
Измерение электрического сопротивления;
Пэ — электрическое поле; Св — свойства
вещества; В — измерительный прибор,
Фп — напряжение электрического тока
Индуктивный преобразователь для
измерения размеров детали. Измеряется не
размер детали Св, а положение
сердечника Пс; Пэ — электрическое поле; Вк —
катушка индуктивности; Фп — напряжение
электрического тока
Все методы косвенного измерения.
Например, контроль загрязнения воды по
ее электрическому сопротивлению

124
Раздел 2. Приемы и методы решения технических задач
Таким образом, для задач измерения и обнаружения, вепольный
анализ предлагает использование некоторых обобщенных приемов для
активизации мышления, которые помогают рациональным образом
выйти на хорошее решение задачи.
Ход рассуждений можно построить следующим образом:
1) какую выходную характеристику нужно получить (Пвых или Фп)?
Нужен ли измерительный прибор или измерительный преобразователь?
2) измерение должно быть прямым или косвенным?
3) какие вещества и (или) поля лучше всего использовать? Как
организовать связи между ними? Какие ФТЭ можно использовать?
4) какие другие свойства вещества или поля (связанные с
интересующим) легче обнаружить или измерить.
Вопросы для самопроверки
1. Какие возможности предоставляет использование понятий «вещество» и «поле» как
категорий мышления при решении задач?
2. Опишите сущность понятий физического и абстрактного полей.
3. Перечислите ресурсы, позволяющие изменять системные свойства ТО.
4. Какие приемы решения задач ориентированы на использование ресурсов
пространства?
5. Каковы возможности использования ресурса времени?
6. В чем заключается использование оператора РВС?
7. Что такое вепольная схема? В чем заключается ее эвристическая ценность?
8. Составьте схему рассуждения при поиске вещественно-полевых ресурсов.
9. Составьте схему рассуждения при решении задачи измерения.

7. ПРИНЦИПЫ СТРОЕНИЯ
И ЗАКОНОМЕРНОСТИ РАЗВИТИЯ
ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ
В этом разделе рассматриваются категории мышления и модели,
которые помогают решать технические задачи с учетом объективных
тенденций в быстро меняющемся мире техники. Принципы строения,
закономерности развития ТС и системный подход являются
теоретической основой приемов поиска решений (рис. 7.1). Они часто помогают
целенаправленно выйти на сильные технические решения.
На основе анализа истории возникновения и развития техники были
выявлены основополагающие принципы, характеризующие строение и
функционирование ТО, тенденции их развития. Этой теме посвящено
большое количество публикаций [7, 47, 49, 70, 71, 89, 90, 116] и др. В
результате исследований и обобщений авторы публикаций сформулирова-
Закон увеличения
степени идеальности
Принципы строения
и функционирования
1. Соответствия функции и
структуры
2. Энергетической проводимости
3. Согласования - рассогласования
1. Стадийного развития
2. Прогрессивной конструктивной
эволюции
3. Динамизации
4. Перехода с макроуровня на
микроуровень
5. Свертывания - развертывания
Приемы решения
Рис. 7.1. Структура раздела

126
Раздел 2. Приемы и методы решения технических задач
ли ряд законов, позволяющих научно обоснованно подходить к
решению проблем при создании техники (см. приложение Ш1).
Альтшуллер на основе анализа описаний большого количества
изобретений выявил общие закономерности строения и развития ТС,
сформировал из них некоторую систему, которая получила
обобщающее название «Законов развития технических систем» (ЗРТС) [7]. Он
стремился к тому, чтобы эти законы позволяли отвечать на ряд
вопросов, возникающих при решении любой технической задачи. В каком
направлении следует искать решение, как обоснованно выбрать ФПД и
техническое решение ТО в соответствии с заданной функцией, в каком
направлении должно происходить развитие ТО и каковы его
дальнейшие перспективы, как повысить эффективность существующих
технических объектов. Знание ЗРТС позволяет ответить на эти вопросы и
выработать стратегии в процессе решения технической задачи.
Альтшуллер исходил из того, что технический прогресс развивается
по объективным законам, которые можно познать и использовать для
получения сильных технических решений. Законы техники, как
система знаний об искусственно созданных объектах, в отличие от других
законов природы, должны предоставлять человеку методический подход,
инструмент для поиска наилучших решений технических задач.
Законы техники как научная теория и система знаний могут быть
получены различными путями [49].
1. Выведением из более общих законов природы, т. е. дедуктивным
способом. В этом случае законы техники будут носить объективный
характер и иметь хорошую теоретическую базу.
2. Выявлением законов техники на основе анализа описаний
изобретений, путем выявления приемов, которые могли привести к
решению проблемы, и их обобщения до уровня формулировки закона, а
также на основе анализа истории развития техники и выявления
закономерностей ее развития. Это индуктивный способ выведения законов.
В этом случае сформулированный закон будет носить вероятностный
характер. Примеры, иллюстрирующие полученный таким способом
закон, ни в коем случае не доказывают его, а только раскрывают и
поясняют его содержание. Именно этим путем было получено большинство
законов техники, описанных в литературе. Их полезность определяется
тем, что они дают хороший «инструмент» для целенаправленного
поиска решений, позволяют обосновать ряд весьма сильных приемов
решения технических задач.
3. Переносом законов, принципов, действующих и выявленных в
одной области техники и в природе, в другую область, т. е. путем
аналогий.
Законы техники, как научная теория, должны объяснять
возникновение, строение, функционирование и обосновывать направления
развития ТС. Они должны быть увязаны с систематикой приемов решения
инженерных задач.

7. Принципы строения и закономерности развития технических систем 127
Приемы носят рекомендательный характер (их использование
давало положительный результат). Желательно, чтобы они имели
теоретическое обоснование, тогда станет понятно, в каких случаях тот или
иной прием уместен и полезен для решения поставленной задачи.
Направления в развитии техники зависят от многих факторов.
Поэтому их нельзя описать строгими причинно-следственными связями,
скорее вероятностными, статистическими закономерностями. В работе
[57] отмечается: «Процессы эволюции имеют "точки бифуркации", в
которых самоорганизующаяся система непредсказуемым способом
выбирает один из возможных путей дальнейшей эволюции. Это
свидетельствует о том, что движение познания к "первопричине всех
причин" не может следовать логике жесткого детерминизма».
Поэтому к большинству законов техники, описанных в литературе,
более корректным было бы применение терминов «закономерность»
или «принцип». В связи с этим при изложении следующего материала
наряду с общепринятыми терминами, будет использоваться
терминология, несколько отличающаяся от принятой в литературе по ТРИЗ.
Некоторые основания для этого приведены в приложении ПИ.
7.1. Закон увеличения степени идеальности
технических объектов
ТО создаются для выполнения определенных полезных функций
(Фп). Практика показывает, что за реализацию полезных функций надо
платить.
Факторами расплаты (Фр) являются, с одной стороны, различные
затраты (материальные, трудовые, затраты времени) на создание,
эксплуатацию и утилизацию ТО, с другой стороны, негативные явления
(вредные факторы), возникающие при создании и использовании этого
ТО (засорение окружающей среды, исчерпание природных ресурсов,
вредные воздействия на человека и т. д.).
Закон увеличения степени идеальности отражает стремление
человека совершенствовать ТО таким образом, чтобы объект выполнял
наилучшим образом желаемые полезные функции при минимальных
факторах расплаты. Закон увеличения степени идеальности можно
представить в следующем виде:
Уф
И = ^ ° > Увеличение. (7.1)
Новый ТО должен быть лучше, чем его предшественник, чтобы
быть конкурентоспособным. Если он не лучше прототипа, то он не
будет востребован.

128
Раздел 2. Приемы и методы решения технических задач
История техники свидетельствует, что повышение степени
идеальности ТО действительно носит всеобщий и безусловный характер. Эту
тенденцию с полным правом можно назвать законом, нарушение
которого приведет к созданию никому не нужного продукта.
Понятие идеальности, с одной стороны, отражает главные
тенденции совершенствования ТС и является теоретическим основанием ряда
закономерностей и принципов строения и развития ТО. С другой
стороны, этот идеальный образ может использоваться как эталон,
универсальный критерий для оценки создаваемого ТО.
На этом законе основаны вполне конкретные приемы поиска
решений, в первую очередь, формирование идеального конечного результата
как один из способов снятия ВПИ, и определения направления поиска
решения.
7.1.1. Формирование идеального конечного результата
Идеализирующая абстракция — одна из типовых операций
мышления (см. приложение П5), широко используемая в науке и технике,
которая заключается в замещении реального объекта некоторым
идеальным объектом. Она упрощает процесс исследования основных свойств
изучаемого объекта, обеспечивает лучшее понимание процессов и
явлений, происходящих в реальном объекте.
Решение многих задач часто начинается с разработки
идеализированной схемы объекта. Идеализация ТС как искусственно созданных
объектов заключается в отрицании факторов расплаты, некоторых
законов природы, которые противоречат его идеальной работе.
Пределом повышения эффективности ТО является тот
недостижимый идеал, к которому стремится разработчик. Этот ТО с бесконечной
эффективностью и получил название «Идеальное техническое решение»
(ИТР), «Идеальный конечный результат» (ИКР).
ИТР создает некоторый образ конечного результата, который
свободен от ограничений, предъявляемых к создаваемому ТО. В идеальном
ТО полезные функции должны выполняться, а факторов расплаты не
должно быть. Такой ТО создать нельзя, — это идеализирующая
абстракция, показывающая направление поиска решения и
активизирующая мышление.
Можно дать несколько определений идеальному объекту.
Идеальное вещество — набор полезных свойств есть, а самого
(специально созданного) вещества нет.
«Идеальная техническая система — это система, масса, габариты
и энергоемкость которой стремятся к нулю, а ее способность
выполнять работу при этом не уменьшается. В пределе идеальная система —
та, которой нет, а требуемая функция выполняется» [120].

7. Принципы строения и закономерности развития технических систем 129
Под идеальной технической системой понимается такая система,
которая позволяет получать полезный результат без каких бы то ни было
затрат, т. е. функция реализуется в чистом виде. Функция выполняется,
а специально созданной ТС нет. На практике это означает, что
функции упраздненной ТС выполняют другие системы или НС. Например,
идеальное транспортное средство — средства нет, а груз перемещается
в нужном направлении с необходимой скоростью.
Идеальный процесс — результат есть, а специально организованного
процесса нет.
Ю. П. Саламатов [105] отмечает: «Бурное развитие техники создало
убеждение, что все можно делать техническими средствами. Можно, но
не нужно. Иллюзия обязательности технического воплощения новой
функции является причиной расточительного для общества появления
технических систем там, где их функции могут выполнить природные
объекты. Когда-то использовали только природные силы (ветер, воду).
Но сегодня часто забывают об этих бесплатных ресурсах. Правило "чем
меньше техники, тем лучше" (т. е. стремление к идеальным системам)
должно быть основным при развитии техники».
Следует отметить, что повышение идеальности процесса имеет
приоритет перед повышением идеальности технического средства. Если
нет процесса, то нет и средств, с помощью которых он должен быть
реализован. Таким образом, это направление может привести к
получению более сильного решения задачи.
Идеальный конечный результат — постановка задачи по
выполнению полезных функций безо всяких затрат.
Понятие идеальности продуктивно тем, что, во-первых, эта модель,
эта абстракция выдвигает цель, к которой надо стремиться при
решении технической задачи. Во-вторых, образ ИТР позволяет выделить те
стороны ТО, те его свойства, которые являются доминирующими для
решаемой проблемы. В-третьих, образ ИКР направляет мышление на
поиск скрытых, неявных ресурсов, которые могут быть использованы
для решения задачи. У человека, решающего задачу, формируется
мотивация для выбора перспективного направления поиска решения.
Процесс формирования ИКР называют оператором ИКР. Часто
формированию ИКР мешает то, что он не достижим. Это сдерживает
фантазию. Применение оператора ИКР требует определенной
психологической перестройки сознания.
В формулировке ИКР всегда присутствует кажущаяся
невозможность, парадоксальность, например, крыша сама очищается от снега,
трубопровод сам регулирует свое сечение, затонувший корабль сам
всплывает на поверхность.
Методика применения оператора ИКР сводится к тому, что вначале
формулируют желаемый конечный результат, отвлекаясь от факторов,
препятствующих его осуществлению. Затем для сформулированного
ИКР осуществляют поиск ресурсов, обеспечивающих выполнение тре-

130
Раздел 2. Приемы и методы решения технических задач
буемых функций. Для этого нужно проанализировать, какими
свойствами обладают объекты (вещества и поля), описанные в ТС, и какими
свойствами обладает ТС в целом (системные эффекты), какие ресурсы
имеются в НС. Проверяется возможность использования ресурсов
формы, пространства и времени.
Для поиска ресурсов нужно хорошо вникнуть в предметную
область, к которой относится задача.
Пример 7.1. Лед в водосточных трубах. В начале зимы водосточные
трубы, как правило, забиваются льдом. Весной лед начинает оттаивать,
и возможны ситуации, когда ледяная пробка, подтаяв с внешней
стороны и потеряв сцепление с трубой, летит вниз. Удар о выступающие
части конструкции часто приводит к обрыву труб. Если же ледяная
пробка падает на тротуар, то она может стать причиной травм
находящихся вблизи людей. Выколачивание льда — дорогое и
малоэффективное мероприятие.
В этой задаче можно рассматривать ТС, состоящую из двух
компонентов: труба и лед. ИКР может быть применен к обоим компонентам.
Здесь важно сформулировать требования к этим компонентам.
Можно представить следующие образы ИКР: лед сам удерживается
в трубе до момента полного таяния; труба сама удерживает лед до
момента его полного таяния. Труба и лед держатся друг за друга до
момента полного таяния. Лед сам держится за трубу той частью, которая
растает в последнюю очередь.
Эти образы, идеализирующие абстракции дают направления
поиска решения задачи.
Например, в а. с. № 771291 описано такое решение: внутри трубы
поместить отрезок произвольно изогнутой проволоки, закрепив ее
верхним концом к скату крыши (рис. 7.2). В предложенном решении
видно, что пропущенная внутри трубы проволока позволяет
приблизиться к ИКР, определенного для льда: лед сам удерживается внутри
трубы до момента полного таяния. Для решения задачи здесь
использован прием: введение в систему еще одного компонента — вещества.
ч
/Проволока
Водосточная
/труба
Рис. 7.2. Эскиз к примеру 7.1

7. Принципы строения и закономерности развития технических систем 131
Таким образом, эвристичность оператора ИКР заключается в том,
что он позволяет определить направление поиска такого ФПД,
который мог бы максимально приблизиться к ИКР. Такой путь решения
задачи способствует поиску наилучшего ТР, сочетающего в себе простоту
и качество выполнения заданной функции.
Пример 7.2. Диверсии на торговых судах. В 1941 г. перед началом
войны начались диверсии на советских торговых судах, стоявших в
портах Германии — при погрузке немцы на них устанавливали мины.
На одном корабле возникло подозрение, что груз минирован. Заявить
немецким властям нельзя — объявят провокацией. Искать самим
невозможно, поскольку груз состоял из большого числа ящиков.
ИКР. Немцы сами должны разминировать корабль!
Задача поставлена. Теперь нужно искать ресурсы для ее решения.
Капитан корабля сообщил начальнику порта, что корабль не может
выйти из порта из-за неполадок в двигателе, и корабль остался у
причала. Через два дня немцы забеспокоились, а еще через день заявили,
что часть груза оказалась бракованной, и заменили четыре ящика.
После этого судно покинуло порт.
В приведенном примере ориентировка на ИКР позволила
сформировать технологию разминирования с использованием ресурсов НС.
ИКР — это образ желаемого результата, которого пока нет, но к
которому нужно стремиться. Он формирует представление о
стратегических целях достижения результата. Идеальный образ обеспечивает
формирование и поддержание мотивации, которая активизирует фантазию,
творческое воображение, поиск аналогий.
Когда образ ИКР сформирован, решающий задачу подключает
предметные знания для поиска ресурсов.
7.1.2. Принципы и приемы поиска решений, основанные на законе
повышения идеальности
Увеличение эффективности ТО (см. выражение (7.1)) может
осуществляться по двум принципиально разным направлениям:
1) ГПФ или количество выполняемых функций (Фп) остается
неизменным, а масса (М), габариты (Г), энергоемкость (Э) технической
системы стремятся к нулю (МГЭ -» 0);
2) масса, габариты, энергоемкость ТС остаются неизменными, а
качество выполнения ГПФ или количество выполняемых функций (Фп)
увеличивается.
При решении практических задач часто реализуются оба
направления идеализации. Причем при совершенствовании ТО по обоим
направлениям может использоваться конструктивный и функциональный
подходы.

132
Раздел 2. Приемы и методы решения технических задач
Конструктивный подход связан с повышением эффективности ТО в
пределах используемого ФПД при сохранении его функциональной
структуры. В этом случае повышение идеальности ТС часто
проявляется в росте относительных параметров, т. е. отношения полезных
характеристик (мощности, усилия, производительности, точности,
надежности и др.) к факторам расплаты (вес, размеры, затраты, количество
брака, трудоемкость изготовления и т. д.).
Например, стремление к повышению эффективности танкеров
выражается в росте отношения веса полезного груза к полному весу
транспортного средства. С увеличением водоизмещения танкера доля
служебных устройств будет составлять все меньшую часть от массы
танкера. Танкер водоизмещением 3 тыс. т полезно использует 57 %
своего объема, а водоизмещением 200 тыс. т — 86 %.
Грузовой автомобиль, перевозящий 3 т груза, весит 1,5 т. Треть
энергии затрачивается на то, чтобы возить саму конструкцию.
Грузовик, рассчитанный на 15 т груза, весит всего 5 т. Доля «мертвого» груза
значительно снижается, а именно это и приближает машину к
идеальной. Кроме того, 140-тонный самосвал разгружается за 15 с, а это
намного меньше времени, необходимого для разгрузки пятитонных
машин [3].
Турбогенератор мощностью 100 000 кВт, построенный в начале 50-х
годов XX в., весит около 200 т, а его младший брат постройки середины
70-х годов при мощности 500 000 кВт — около 400 т, т. е. мощность,
приходящаяся на 1 т его веса, возросла в 2,4 раза.
Конструктивный подход при совершенствовании, например,
железнодорожных перевозок выражается в увеличении мощности
локомотивов и длины составов; в автомобильных грузовых перевозках —
увеличении грузоподъемности, совершенствовании двигателя внутреннего
сгорания и др.
Повышение идеальности ТС может происходить как в рамках
существующей конструктивной концепции, так и в результате радикального
изменения конструкции, перехода на другой принцип действия
системы. Например, переход от паровозов к тепловозам затем к
электровозам. Переход от радиоламп к полупроводниковым приборам позволил
не только повысить КПД устройств, но и их надежность.
Функциональный подход предусматривает повышение эффективности
ТО путем функционально-структурных изменений в ТС: качественного
или количественного изменения в выполнении функций, что приводит
либо к увеличению функционального эффекта (ЕФП), либо
уменьшению факторов расплаты (£Фр).
Увеличение функционального эффекта (ЕФП) может
осуществляться за счет совершенствования выполнения ГПФ и за счет расширения
области применения ТО, т. е. создания универсальных технических
средств, которые могут выполнять несколько близких (по качеству или
количеству) функций.

7. Принципы строения и закономерности развития технических систем 133
Уменьшения факторов расплаты (ЕФр) можно достичь за счет
специализации, т. е. путем уменьшения количества выполняемых
функций. Функциональная ниша разделяется. Создаются
специальные технические устройства, узко ориентированные на выполняемую
функцию.
Специализация позволяет резко повысить качество выполнения
более важных полезных функций, отказавшись от менее значимых и, тем
самым, улучшить потребительные свойства продукции. Факторы
расплаты уменьшаются, они связаны только с реализацией узко
специальных свойств ТО. Например, в локальных сетях для питания и
коммутации электронных устройств используют провода, а для передачи без
потерь сигнала между ними на значительные расстояния — оптическое
волокно.
Специальный ТО, как правило, имеет меньше компонентов, он
проще, и, следовательно, дешевле. Специализация позволяет либо
сократить затраты, либо при тех же затратах достичь максимально
возможного качества выполняемой ГПФ, поскольку все ресурсы
направляются на достижение требуемой функции.
Например, создан ряд специализированных автомобилей:
машины для уборки мусора, поливки улиц, снегоуборочные, пожарные
и т. д.; это же характерно для военных самолетов: разведчики,
бомбардировщики, истребители; специализация режущего инструмента,
например, резцы: токарные: обдирные, черновые, чистовые,
обрезные, резьбонарезные и др.; ножи: столовые, перочинные, хлебные,
разделочные и др.
Универсализация ТО, как правило, требует дополнительных затрат
(ЕФр). Это связано с тем, что функции ряда компонентов должны быть
в наличии, но не обязательно должны быть постоянно
задействованными, что и создает некоторую функциональную избыточность.
Например, токарно-винторезный станок — универсальное
оборудование, на котором можно выполнять самые разнообразные работы:
получение наружных и внутренних цилиндрических, конических,
фасонных поверхностей, нарезание внутренних и наружных резьбовых
поверхностей. В принципе на нем можно выполнять шлифовальные,
фрезерные и строгальные работы, но это не эффективно, поскольку
есть специальные станки, которые лучше приспособлены для этих
работ. Однако каждый из перечисленных видов обработки, например,
нарезание резьбы, используется только некоторое время из общего
времени работы токарного станка. Следовательно, в остальное время часть
функций простаивают. Таким образом затраты на создание функции
произведены, а функция используется редко.
Если найти способ разрешить это противоречие, то удастся создать
ТО близкий к идеальному.
Специальное оборудование, как правило, меньше используется по
времени (например, снегоуборочная техника для средней полосы Рос-

134
Раздел 2. Приемы и методы решения технических задач
сии), поэтому специализация оказывается полезной, если удается его
полностью загрузить.
В процессе развития ТС циклы «специализация —
универсализация» повторяются несколько раз. Например, до середины XX в.
истребители и бомбардировщики существенно различались по
энерговооруженности. У современных самолетов этих типов энерговооруженность
практически сравнялась, — возник единый класс:
истребитель-бомбардировщик. Еще один пример — грузовые автомобили:
крупногабаритные для междугородних перевозок и малые маневренные для
внутригородского использования.
В 80-х годах XX в. в России выпускалось около 3000 марок сталей.
Такая сверхспециализация вынужденная, поскольку не было
возможности создать материал, который перекрывал бы весь диапазон
требуемых свойств.
Таким образом, можно сформулировать основные принципы,
направленные на повышение идеальности, которые формируют
некоторые целевые установки при поиске решений (рис. 7.3):
1) необходимо получать полезный результат от средства или
действия без самого средства или действия;
2) в каждый момент времени и в каждой точке пространства в ТО
должны быть реализованы только те свойства и те взаимосвязи,
которые необходимы для получения полезного эффекта (результата);
Конструктивный
подход
Увеличение количества или качества
выполнения функций
Снижение затрат
передача функций
упразднение функции
универсализация функций
специализация функций
принцип местного качества
Рис. 7.3. Основные направления повышения идеальности ТО
уменьшение энергопотребления
МГЭ->0

7. Принципы строения и закономерности развития технических систем 135
3) объект можно не создавать, следовательно, не будет и факторов
расплаты (ЕФР), если его функцию передать в НС, либо поручить
другому ТО, или распределить между другими компонентами
рассматриваемого ТО.
В последнем случае речь идет о возможном совмещении функций
компонентами ТО (универсализация компонентов) при более
эффективном использовании вещественно-энергетических потоков,
проходящих в ТО, а также имеющихся во внешней среде.
Для функционального подхода можно предложить некоторые
приемы, реализующие основные принципы повышения идеальности ТО:
Принципы
Приемы
Направленные на повышение количества или качества выполнения функции (ХФП)
Универсализация функций (кухонный ; Присоединение новых функций для созданной
комбайн) i физической операции
Специализация функций (токарный
станок — автомат для узкой номенклатуры
деталей)
Принцип местного качества
Направленные на с
Передача функций
Упразднение функции
Уменьшение энергопотребления
Сужение функции при повышении качества ее
выполнения
Создать требуемое свойство в локальной зоне,
там, где это необходимо для качественного
выполнения ГПФ
нижение затрат (£Фр)
Другому компоненту ТО чтобы он выполнял ее
по совместительству.
Другому ТО, с которым взаимодействует
рассматриваемый ТО.
Во внешнюю среду
Преобразовать ТС или НС таким образом,
чтобы функция была не нужна
Использовать энергетическую избыточность
других компонентов.
Использовать проходящую энергию.
Использовать бесплатную энергию НС
Реализация любого из приемов функционального подхода связана
со структурной перестройкой рассматриваемого ТО, что приводит к
появлению новых системных свойств. Поэтому описанные приемы
необходимо рассматривать в комплексе с приемами, основанными на
системном подходе (см. рис. 3.5).
Принцип местного качества заключается в том, чтобы усилить
нужное (полезное) свойство в ограниченной зоне, что легче и дешевле, чем
во всем веществе. Например, в Японии разработан напильник из
дешевой незакаленной стали, насечка покрыта сверхтвердой керамикой

136
Раздел 2. Приемы и методы решения технических задач
(карбид ванадия). Слой толщиной в 3 мкм не только защищает
материал от коррозии, но и в 5—6 раз повышает ресурс, позволяет
обрабатывать твердые сплавы.
7.2. Принципы строения и функционирования
технических систем
Проектирование — процесс синтеза технического устройства,
обладающего таким набором свойств, которые необходимы для выполнения
объектом заданных функций.
При разработке новых ТО инженер решает целый комплекс задач,
связанных с выбором или формированием принципа действия ТО,
разработкой его структуры. Для успешного решения этого комплекса задач
необходимо знать и использовать закономерности строения и
функционирования ТС, которые относятся к универсальным
системообразующим принципам.
7.2.1. Принцип соответствия функции и структуры
Это наиболее общий принцип строения ТО, который можно
сформулировать следующим образом [90]. В ТО каждый компонент и
каждая связь между компонентами должны выполнять определенную
функцию, необходимую и достаточную для обеспечения работы его в целом.
Этот принцип требует, чтобы в структуре ТО, с одной стороны, не
было лишних компонентов и связей и, с другой стороны, функции,
выполняемые имеющимися компонентами и связями, должны
соответствовать (быть адекватными) требованиям, которые к ним
предъявляются.
Полезное действие ТО обычно характеризуется описанием на
качественном уровне, например, создать давление для формования детали,
обнаружить наличие вещества в смеси веществ. Результату
функционирования часто можно дать количественную оценку.
Оценка функционирования ТО может быть представлена
различными величинами. С одной стороны, это величины, которые
характеризуют само действие, например, сила, давление, электрическое
напряжение, скорость, коэффициент усиления и т. д. С другой стороны, это
параметры, характеризующие качество функционирования, например,
чувствительность прибора, точность измерения, линейность
характеристики и т. д.
Для обеспечения нормальной работоспособности ТО параметры,
характеризующие функциональные свойства компонентов и связей,
должны иметь значения, соответствующие требованиям ближайшей

7. Принципы строения и закономерности развития технических систем 137
НС. Если функционирование ТО отвечает требованиям НС, то можно
утверждать, что функция выполняется адекватно.
У ТО, разработанного в виде проекта на уровне технического или
конструкторского решения или уже существующего в металле,
фактические функциональные параметры, как правило, отличаются от
требуемых. Это отличие может приводить к тому, что функция
компонентов или связей выполняется либо недостаточно, либо избыточно.
Уровень выполнения функции (ТС в целом и ее компонентами)
характеризует степень соответствия фактических значений параметров
требуемым. Оценка этой степени соответствия может быть
качественная и количественная.
В любой ТС недопустима не только недостаточность выполняемой
функции, но и ее избыточность. О последнем условии часто забывают
при создании различных объектов.
Избыточность функции, выполняемой компонентом системы, это
не только лишние затраты, но и неэффективная работа других
компонентов системы и снижение эффективности выполнения ГПФ.
Поэтому при создании ТО стремятся не допускать функциональной
избыточности, например, нам не нужен слишком острый столовый нож,
слишком яркая настольная лампа, слишком сильная вентиляция и т. д. В ТО
часто встречается избыточная прочность, долговечность (продукция
устаревает «морально», но все еще работоспособна).
В социотехнических системах функциональная избыточность может
выражаться, например, в дублировании функций различными
подразделениями, что приводит к безответственности. Или если руководитель
дает задачу подразделению и указывает в каком направлении искать
решение, то он тем самым сужает область поиска возможных решений и
формирует у исполнителя ВПИ.
Иногда в техническое решение могут изначально закладываться
избыточные связи, например, жесткая печатная плата устанавливается в
корпус и закрепляется в четырех точках. Для того чтобы определить ее
положение относительно корпуса достаточно трех точек. Избыточность
точек крепления может приводить к нежелательным явлениям:
например, из-за производственных погрешностей четвертая точка не
попадает в плоскость крепления — возникают монтажные напряжения, при
неравномерном нагреве корпуса или его деформации по другим
причинам он будет создавать изгибные напряжения в плате.
Пример 7.3. Схемы базирования заготовок. При разработке схемы
базирования заготовок для их обработки на станках руководствуются
правилом шести точек. В общем случае для определения тела в
пространстве необходимо задать шесть координат: три — линейных и
три — угловых. Число координат, необходимых для определения
положения тела в пространстве, называется степенями свободы.
При базировании заготовок лишние связи накладывать нельзя.
Наложение лишних связей приводит либо к неопределенному или неус-

138
Раздел 2. Приемы и методы решения технических задач
тойчивому положению заготовки при ее закреплении, либо к
появлению сил, которые нежелательным образом деформируют заготовку при
ее закреплении или приводят к заклиниванию деталей в подвижных
соединениях приспособления.
При изготовлении заготовки и приспособления (рис. 7.4, а)
невозможно обеспечить перпендикулярность поверхностей An В
приспособления и поверхностей А' и В' заготовки. При закреплении заготовки
это может привести к возникновению опрокидывающего момента и,
следовательно, к нечеткой фиксации заготовки по базирующим
поверхностям. В схеме базирования, показанной на рис. 7.4, а, наложены
лишние связи.
Точечные опоры
Заготовка
Приспособление
Рис. 7.4. Схема установки призматической заготовки в приспособление:
а — наложены лишние связи; б — правильно
При базировании по схеме, показанной на рис. 7.4, б, этого
явления не будет, так как количество наложенных связей не превышает
количества степеней свободы заготовки.
Для определения положения оси цилиндрической заготовки по
координате 7 (рис. 7.5, а) достаточно одной призматической опоры.
Подвижный прижим
Направляющие
подвижного прижима
Ось подвижной призмы
Рис. 7.5. Схема базирования цилиндрической заготовки:
а — правильно; б — наложены лишние связи

7. Принципы строения и закономерности развития технических систем 139
Если закрепить заготовку в двух призмах (рис. 7.5, б), избыточность
наложенных связей приведет к возникновению боковой силы, которая
может приводить к заклиниванию подвижного соединения. Это
связано с тем, что вследствие погрешностей изготовления приспособления
оси подвижной и неподвижной призм не совпадут.
Лишние связи могут появляться как требования различных
нормативных систем (см. приложение П4). Например, для печатных плат
бортовой аппаратуры требуется высокое значение собственных частот
колебаний. Для уменьшения прогиба платы и уменьшения изгибных
деформаций выводов радиоэлементов частота платы должна быть по
крайней мере в 2 раза больше частоты собственных колебаний системы
амортизации устройства, чтобы избежать совместного резонанса. Этого
можно добиться закреплением платы в нескольких точках (от четырех
до шести). С позиции теории базирования получаются лишние связи.
Пример 7.4. Транзистор на радиаторе. Для повышения теплоотдачи
транзистора, его закрепляют на радиаторе. Чтобы динамические
нагрузки от массы транзистора и радиатора не воспринимались местом
пайки транзистора, радиатор тоже закрепляют на плате (рис. 7.6).
Радиатор.
Транзистор.
Печатная плата,
1
О
Место пайки транзистора' Место ^„^ радиат0ра
Рис. 7.6. Пример скрытой избыточности связей
Получается статически неопределимая система, в которой при
изменении температуры транзистора и радиатора возникают деформации.
Эти деформации приводят к тому, что в ножках транзистора могут
возникать растягивающие или сжимающие напряжения, вследствие чего
возникает опасность нарушения контакта либо в месте припайки к
плате, либо в заделке самого транзистора. Возможен даже отрыв места
пайки ножки транзистора от печатной платы.
Обнаруженный недостаток не очевиден. Поэтому здесь можно
говорить о скрытой избыточности, которую можно обнаружить при
всестороннем анализе условий работы технического устройства.
Ненужные (лишние) связи могут возникать также в результате
появления синергетического эффекта, например, емкостные или
индуктивные паразитные связи в усилителе электрического сигнала. Таким
образом, при создании любого объекта необходимо соблюдать принцип

140
Раздел 2. Приемы и методы решения технических задач
достаточности. Человек стремится одеться по погоде, чтобы не было ни
холодно, ни жарко, домохозяйке, наверное, не нужна сумка, в которой
можно носить 50 кг (за прочность надо платить).
Этот принцип применяется как на начальных этапах разработки
изделия, — при переходе от анализа проблемы к постановке задачи, так и
при анализе прототипа. При анализе прототипа, а также при разработке
первоначального облика (чернового наброска) проводят оценку
адекватности функций, выполняемых как ТО в целом, так и его
компонентами, а также оценку наличия в ТС лишних компонентов и связей.
Пример 7.5. Тонкостенные оболочки. При проектировании
конструкции тонкостенных оболочек, работающих на сжатие, стремятся к
тому, чтобы максимально использовать механические характеристики
материала конструкции. Для этого форму и размеры сечений выбирают
и рассчитывают таким образом, чтобы критические напряжения потери
устойчивости максимально приближались к напряжениям предела
текучести материала конструкции. Если критические напряжения потери
устойчивости будут меньше предела текучести материала, то при этом
не в полной мере будут использоваться механические характеристики
материала конструкции, т. е. материал конструкции позволяет
выдерживать еще большие нагрузки, но конструкция теряет устойчивость.
Можно сказать, что функциональные характеристики материала
конструкции избыточны или жесткость конструкции недостаточна.
7.2.2. Принцип энергетической проводимости
Связи между всеми компонентами ТС должны обеспечивать сквозной
проход энергии ко всем ее частям. Этот принцип характеризует
внутреннюю связь между компонентами ТС и относится как к строению, так и
к функционированию ТО.
При функционировании ТС важную роль играют энергетические
связи между компонентами, которые можно рассматривать в трех
аспектах: управляемости ТО, рассеивания энергии и энергии, которая
идет на разрушение компонентов ТО (рис. 7.7).
С одной стороны, энергетическая проводимость между частями ТО
важна для обеспечения управляемости всеми его компонентами.
С другой стороны, энергетические потоки должны быть непрерывны,
они не должны прерываться. Если не вся подводимая к компоненту
энергия проходит через него к следующему компоненту или
преобразуется в другой вид, то происходит либо накопление энергии в этом
компоненте, которая, как правило, идет на его разрушение, либо в нем
происходит рассеивание энергии. И то, и другое ухудшает
функционирование ТО.
В зависимости от особенностей функционирования все ТС можно
условно разделить на две группы, в которых по-разному проявляется
рассматриваемый принцип.

7. Принципы строения и закономерности развития технических систем 141
Управляемость
Позитивные процессы
Негативные процессы
Сквозной проход энергии
Диссипация
энергии
Разрушение технического
устройства
Рис. 7.7. Аспекты рассмотрения принципа сквозного прохода энергии
Группа 1. ТО, функционирование которых направлено на
преобразование потоков энергии, веществ и сигналов (информации). Это
устройства, которые предназначены либо для изменения каких-либо
объектов (изделий), либо для обнаружения или измерения свойств
веществ и полей.
Группа 2. Статические системы, представляющие собой
относительно жесткие конструкции, назначением которых является определение
положения других ТО в пространстве и сохранение неизменными своих
форм и размеров под действием внешних нагрузок, например, емкости,
фермы, строительные сооружения.
Теоретической основой рассматриваемого принципа для первой
группы ТС являются законы сохранения и рассеивания энергии.
Во-первых, всякий проводник энергии функционирует таким образом,
что рассеивает часть энергии, которая к нему подводится. Например,
электрический провод, трубопровод. В ременных передачах часть
энергии расходуется на трение и деформацию ремня.
Во-вторых, всякое преобразование энергии сопровождается ее
потерями, например, понижение электрического напряжения
(трансформатор), преобразование переменного электрического тока в постоянный,
изменение крутящего момента (редуктор) и т. д. Поэтому, чем меньше
преобразователей энергии в системе, тем выше коэффициент полезного
действия. Следовательно, необходимо стремиться уменьшать число
преобразователей.
Пример 7.6. Использование ветровой энергии для обогрева парников.
В Японии разработан способ использования ветровой энергии для
обогрева парников. Ветросиловая установка вращает колесо
компрессора, сжимающего воздух, который при этом нагревается до 170 °С.
Прямое преобразование энергии ветра в тепловую, минуя
промежуточную стадию — получение электроэнергии, оказалось в 6 раз
эффективнее [106].

142
Раздел 2. Приемы и методы решения технических задач
В любом преобразователе энергии, в трущейся паре происходит
выделение энергии. Указанное нежелательное явление, помимо
расточительности, вредно еще и тем, что часть этой энергии обычно идет на
разрушение ТО, например, износ пар трения.
Бензиновый насос в двигателе внутреннего сгорания по своей
функции избыточен. Игольчатый клапан карбюратора осуществляет
ограничение подачи бензина в двигатель. С позиции принципа
энергетической проводимости можно сказать, что энергия, подводимая к
насосу, не вся проходит через него, а застревает, накапливается в нем,
совершая работу по периодическому сжатию пружины, диафрагма при
этом находится под большей нагрузкой.
На основе принципа сквозного прохода энергии были разработаны
следующие рекомендации (приемы) [120]:
1) стремиться к использованию в ТО одного вида энергии;
2) использовать вещества, которые хорошо проводят поля,
имеющиеся в системе;
3) плохо управляемое поле заменять хорошо управляемым (рис. 7.8);
Гравитационное С? £~-«-
Механическое ^^^^2S?>7^
Тепловое ^^~^^^^Sx?^-»_
Электрическое ^^^"2^^5<>>^
Магнитное ^а=*»-
Электромагнитное
Рис. 7.8. Рекомендуемая последовательность замены полей для повышения
управляемости процессов
4) если компоненты ТО должны образовать энергопроводящую
систему, то они должны содержать вещества с близкими свойствами по
отношению к этому энергетическому полю;
5) если требуется разорвать энергетические связи, то в ТС следует
ввести вещества с противоположными свойствами;
6) для управления процессами вводить в ТС компоненты
(вещества), хорошо управляемые полем. Например, обгонная муфта в
механических передачах, диод в радиотехнике, обратный клапан в
гидросистеме управляются автоматически энергией поля или среды, которое они
пропускают. Следовательно, нет необходимости в организации
специальных управляющих устройств, которые не только бы усложняли ТС,
но потребовали бы дополнительной энергии.
В статических системах (ТО второй группы) передача нагрузки
осуществляется за счет того, что в конструкции создается поле
напряжений, т. е. возникает потенциальная энергия (упругих сил), это поле и
передает усилия, например, в стержне.
Одним из принципов авиационного конструирования является
принцип передачи сил по кратчайшему пути [31], который способству-

7. Принципы строения и закономерности развития технических систем 143
ет получению конструкции минимальной массы. При разводке
печатных плат и топологий микросхем также используют критерий
минимума длины связей, что улучшает характеристики аппаратуры.
На рис. 7.9 показаны два варианта передачи усилия от точки М к
точке N. На схеме рис. 7.9, а потенциальная энергия, возникающая в
стержне, необходима и достаточна для выполнения стержнем заданной
функции. На схеме, приведенной на рис. 7.9, б, на участке ABCD
возникает изгибающий момент. Потенциальная энергия упругих сил в
конструкции во втором случае будет больше, чем в первом. Изгиб
стержня приводит к дополнительному накоплению потенциальной
энергии, которая, в принципе, не нужна для передачи силы F от точки
М к точке N. Потенциальная энергия, возникающая от изгибающего
момента, является избыточной для выполняемой функции.
а F М #_ F
в
с
Рис. 7.9. Схема конструкции для предачи усилия по прямой (а)
и при обходе препятствия (б)
С учетом этого, применительно к статическим системам принцип
энергетической проводимости выражается в том, что в ТС не должно
быть областей или компонентов, в которых накапливалась бы не
используемая энергия.
Таким образом, в соответствии с рассматриваемым принципом,
необходимо проверить, вся ли подводимая энергия расходуется в ТО на
выполнение полезных функций. Если не вся, то постараться найти
способ ее использования (утилизации).
Например, глушитель в автомобиле предназначен для гашения
звуковых колебаний. При этом теряется несколько процентов мощности.
А можно ли использовать эту энергию, чтобы она не просто
рассеивалась, а выполняла одновременно полезную работу?
Пример 7.7. Деревянная опалубка для бетонных конструкций. Для
сооружения бетонных конструкций часто используется деревянная
опалубка. Однако после застывания бетон сильно сцепляется с опалубкой,
чему во многом способствует пористая и шероховатая поверхность
дерева, которая к тому же хорошо смачивается водой. При разборке
опалубки часть досок ломается, да и сам процесс становится весьма
трудоемким. Причина — возникновение сильной энергетической связи
между бетоном и опалубкой. Разорвать эту связь можно, если между ними
ввести еще одно вещество, которое не должно прилипать ни к бетону
ни к дереву. Например, полиэтиленовую пленку.

144
Раздел 2. Приемы и методы решения технических задач
7.2.3. Принцип согласования—рассогласования
Необходимым условием успешного функционирования ТС является
согласованное взаимодействие его с НС и согласование работы всех его
компонентов между собой. Согласованию подлежат материалы, форма,
размеры, структура, ритмика действия, потоки веществ и энергии, т. е.
различные свойства и параметры, характеризующие как компоненты
ТО, так и связи между ними (рис. 7.10).
По виду
оценки
<
по качеству
по количеству
Согласование-
рассогласование
По характеру
проявления
по времени
По отношению
к другим
объектам
статическое
<
динамическое
внешнее
внутреннее
Рис. 7.10. Классификация видов согласований
Внешнее согласование — согласование рассматриваемого ТО с
компонентами НС, т. е. с человеком, факторами внешней среды и ТО, в
состав которого входит рассматриваемый объект.
Согласование с внешней средой заключается в том, что ТО должен
противостоять дестабилизирующим и вредным факторам со стороны
окружающих и взаимодействующих с ним компонентов. Это может
выражаться в том, что ТС должна быть либо нечувствительной к этим
воздействиям, т. е. эти воздействия не оказывают никакого влияния на
ее функциональные характеристики, либо некоторые характеристики в
техническом устройстве изменяются таким образом, что парируются
(компенсируются) те возмущения, которые вносит изменяющаяся
среда, и, тем самым, обеспечивается его работоспособность в течение
заданного времени. Кроме того, сам ТО не должен оказывать вредного
воздействия на окружающие его компоненты НС.
Внутреннее согласование — согласование между компонентами
рассматриваемой ТС.
Одним из направлений согласования является создание систем с
высокой живучестью и безопасностью, т. е. выход из строя какого-ли-

7. Принципы строения и закономерности развития технических систем 145
бо компонента ТО или связи между компонентами не должны
приводить к разрушению других компонентов ТО или возникновению
вредного воздействия на них, или на компоненты НС: окружающую среду,
человека.
Например, предохранитель должен быть согласован с допускаемой
потребляемой мощностью, сечениями проводов. Применение «жучков»
вместо калиброванных предохранителей может не только привести к
повреждению прибора, проводки, но и является пожароопасным.
Пример 7.8. Одна из причин пожара от электропроводки. Часто в
средствах массовой информации сообщается о пожарах в зданиях из-за
неисправностей электропроводки. Однако электропроводка защищена
от короткого замыкания предохранителем, который обесточивает сеть
при коротком замыкании. Почему же тогда происходит возгорание?
Сечения проводов должны быть согласованы как с мощностью
потребителей электроэнергии (по потребляемому току), так и с
максимальным током предохранителя.
Представим себе, что произойдет, если, например, к настольной
лампе подвели удлиненный провод меньшего сечения. Лампа
небольшой мощности, ток тоже небольшой — провод функционирует
нормально, не греется, т. е. согласование с потребителем энергии есть.
Однако если в настольной лампе произойдет пробой изоляции, то по
этому проводу потечет большой электрический ток. Сечение провода
уменьшено, поэтому он будет иметь большое сопротивление.
Следовательно, значение тока будет меньше тока срабатывания
предохранителя. Провод начнет нагреваться, он может раскалиться так, что
проводка будет гореть, зажигая легковоспламеняющиеся материалы, с
которыми он находится в контакте.
Если бы сечение провода было согласовано с предохранителем, то
через провод пошел бы ток, от которого сработал бы предохранитель.
Согласование по качеству — согласование по проявляемым
свойствам рассматриваемых компонентов.
Например, материалы, работающие в агрессивной среде, как
правило, не должны образовывать электрохимической пары, (например, если
это металлические зубные протезы), а иногда должны образовывать
такую пару (например, если это устройство защиты от коррозии в
морской воде — протекторная защита).
Согласование по количеству — согласование связей по фазовым
переменным и параметрам, характеризующим те или иные свойства
компонентов (см. примеры 7.5 и 7.8).
Например, мощность трансформатора должна быть согласована с
суммарной мощностью потребителей энергии (внутреннее по
функционированию); скорость резания должна быть согласована с
характеристиками обрабатываемого материала, материалом режущей части
инструмента и его геометрией (внутреннее и внешнее). При производстве
интегральных микросхем концентрация легирующей примеси р или п

146
Раздел 2. Приемы и методы решения технических задач
типа должна быть согласована с температурой и временем диффузии
для формирования проводящих областей требуемой конфигурации.
Компоненты ТО должны быть согласованы по сроку службы,
например, в космическом аппарате (КА) сроки службы научной
аппаратуры, служебных систем, источников энергии должны быть одинаковы и
равны сроку активного существования КА. По всем системам ведутся
работы, направленные на повышение ресурса их работы, но для
конкретного КА избыток долговечности по отдельным системам и
агрегатам не нужен. Это противоречит принципу соответствия функции и
структуры и, как правило, приводит к дополнительным затратам.
При проектировании ТО для обеспечения требуемых выходных
функциональных характеристик стремятся к определению
оптимального соотношения между внутренними параметрами ТО, которые
характеризуют каждый его компонент. Если изменяется значение хотя бы
одного выходного параметра, то необходимо изменить и внутренние
параметры (компонентов и связей) ТО вследствие их взаимосвязи.
Например, мощность токарного станка связана с максимальным
диаметром обрабатываемой заготовки, жесткостью элементов конструкции и
диапазоном скоростей вращения шпинделя.
В любом ТО должна быть гармония в соотношениях параметров.
Это можно проследить на параметрах нормализованных деталей,
полуфабрикатов, узлов изделий, имеющих определенное функциональное
назначение, но различающихся количественными значениями
выходных параметров. Например, для гаек установлены определенные
соотношения между диаметром и шагом резьбы, высотой гайки, и размером
под ключ. Размеры элементов сечений стандартных профилей (уголки,
тавры, двутавры, швеллеры) также находятся в определенной
пропорции между собой при изменении площади их поперечного сечения.
Приведенные примеры относятся к так называемому статическому
согласованию.
При создании ТО большое значение имеет динамическое
согласование — согласование ритмики работы всех частей ТС: периодичности
действия, частотное согласование.
Динамическое согласование имеет свои ообенности для ТО первой и
второй групп.
Для успешного функционирования ТО первой группы (см. под-
разд. 7.2.2) необходимо согласование по времени работы отдельных
компонентов. В радиоэлектронных устройствах стремятся согласовать
собственные частоты усилительного контура с частотой
обрабатываемого сигнала; при поточном производстве в автоматической
производственной линии все операции должны выполняться за одно и тоже
время, называемое тактом выпуска.
Здесь речь идет о согласовании, которое не следует
непосредственно из требований выполнения главной полезной функции. Например,
если в двигателе внутреннего сгорания нарушится синхронизация пода-

7. Принципы строения и закономерности развития технических систем 147
чи топлива в камеру сгорания и искрообразование, то двигатель просто
не будет работать.
Для ТО второй группы наоборот требуется рассогласование
собственных частот колебаний конструкции с частотой внешней нагрузки,
например, по «правилу октавы», в соответствии с которым собственные
частоты связанных между собой колебательных систем должны
отличаться, более чем в 2 раза. В противном случае из-за явления резонанса
происходит лавинообразное усиление амплитуды колебаний и
разрушение конструкции, так как коэффициенты резонансного усиления
связанных подсистем перемножаются.
Известно, что резонанс (от датск. и фр. дающий отзвук) — явление
сильного возрастания амплитуды колебаний (электрических,
механических, звуковых и т. д.) под влиянием внешних воздействий, когда
частота собственных колебаний системы совпадает с частотой колебаний
внешнего воздействия.
Ярким примером резонанса может служить падение Египетского
моста через Фонтанку в Санкт-Петербурге 20 января 1905 г. при
прохождении через него эскадрона гусар.
Пример 7.9. Землетрясение в Мехико. В 1985 г. в Мехико
произошло чрезвычайно разрушительное землетрясение. Американские
специалисты установили, что причиной этому была большая длительность и
то, что частота толчков совпала с собственной частотой колебаний
почвы и ряда зданий. Резонанс в 6 раз усилил действие подземных
толчков.
Для исключения возможности появления резонанса теоретически и
экспериментально определяют собственные частотные характеристики
проектируемых конструкций, исследуют частотные характеристики
возникающей внешней нагрузки. Например, при проектировании
летательных аппаратов необходимо, чтобы собственные частоты элементов
конструкции не совпадали с частотой вибраций, которые создает
двигатель и другие источники. При проектировании турбин, мостов,
летательных аппаратов стремятся избавиться от возникновения вибраций и
принимают меры, чтобы вибрации, создаваемые одними устройствами,
не совпадали с собственными частотами других устройств во избежание
негативных резонансных явлений.
Однако эффект резонанса часто используется для получения
положительного результата при осуществлении полезной функции.
Например, для перемещения сыпучих продуктов может использоваться
вибролоток. Если частота вынужденных колебаний совпадает с собственной
частотой лотка (вместе с продуктом), установленного на упругом
основании, то существенно уменьшается энергопотребление этого
транспортного устройства. Энергия расходуется в основном только на гисте-
резисные потери упругого основания (например, пружины).

148
Раздел 2. Приемы и методы решения технических задач
В музыкальных инструментах явление резонанса используется для
усиления звуков и получения более богатых звучаний. При создании
струнных музыкальных инструментов стремятся, чтобы дека
резонировала на определенных тонах. Это не только усиливает звук, но и
придает ему особую окраску.
Настройка приемного контура радиоприемника заключается в
настройке собственной частоты колебательного контура на частоту
принимаемой электромагнитной волны. Колебательный контур входит в
резонансный режим работы, и его сопротивление для частоты
резонансной настройки становится минимальным, а для других частот —
большим. На этом основан принцип фильтрации, выделения сигналов
определенной частоты из многочастотного спектра.
Пример 7.10. Разрушение угольных пластов. Для разрушения
угольных пластов в них бурят скважину, заполняют ее водой и создают
импульсы давления. На этот способ, в котором используется явление
гидравлического удара, было выдано авторское свидетельство.
Через 7 лет было зарегистрировано еще одно авторское
свидетельство, в котором предлагалось частоту импульсов согласовать с
собственной частотой угольного пласта. Альтшуллер пишет [3]: «Эти семь
потерянных лет — плата за незнание законов развития технических
систем».
Пример 7.11. Эхолокация косяков рыб. При эхолокации
ультразвуковые колебания определенной частоты, которые воздействуют на
рыбу, могут совпасть с частотой колебания рыбьего пузыря. При этом
сигнал, отраженный от косяка рыб, будет отличаться от сигнала,
отраженного, например, от дна. Он будет сильней. Поскольку собственная
частота колебаний рыбьего пузыря во многом зависит от размера рыбы,
то изменяя частотную характеристику посылаемого сигнала, можно
судить о размерах рыб, составляющих косяк.
Резонансные явления в природе и технике следует отличать от
автоколебаний, когда в объекте возникают колебательные процессы, хотя
внешняя нагрузка не носит колебательный характер. На этом явлении
основаны духовые музыкальные инструменты, генераторы колебаний в
радиоэлектронных устройствах.
Из истории развития авиации известно, что с ростом скоростей
самолетов конструкторы столкнулись с такими явлениями, как флаттер —
изгибно-крутильные колебания консоли крыла, бафтинг — изгибные
колебания хвостового оперения (рис. 7.11), шимми — изгибные
колебания стойки шасси. Природа этих явлений не связана с частотной
характеристикой среды, которая воздействует на ТО, а определяется
уровнем внешних нагрузок, формой и характеристиками жесткости
конструкции. Подводимая извне энергия приводит к нарастанию
амплитуды колебаний, что приводит к разрушению конструкции.

7. Принципы строения и закономерности развития технических систем 149
Рис. 7.11. Бафтинг хвостового оперения:
а — угол атаки крыла; v — горизонтальная скорость полета
При обработке резанием возникают вибрации, которые ухудшают
качество обрабатываемой поверхности, но если они совпадут с
собственными частотами колебаний в системе «станок — приспособление —
инструмент — деталь», то может произойти поломка инструмента
и т. п.
Таким образом, анализируя прототип или получив первоначальный
набросок проектируемого технического решения, необходимо
проверить ТО на соответствие принципа согласования-рассогласования. Это
позволит избежать ряда нежелательных явлений, которые могут
обнаружиться в изготовленном техническом устройстве.
7.2.4. Симметрия
Симметрия в переводе с греческого означает соразмерность, а в
широком смысле это геометрическое свойство, характеризующее
некоторую регулярность, правильность формы тела.
Виды симметрии изучаются в математике, физике, биологии,
кристаллографии и других науках. В технике широко используют
различные виды симметрии. При этом рассматривают симметрию не только
как геометрическое свойство, но и распространяют ее на физические
свойства и параметры, характеризующие различные объекты.
Исследования в этой области позволили выделить 11 видов симметрии.
1. Билатериалъная симметрия характеризует объекты, которые
можно разделить плоскостью на две равные части. При этом плоскость
симметрии зеркально отображает одну половину объекта в другую.
Такой вид симметрии (обозначается т) встречается во многих ТО, для
которых основное функционирование связано с перемещением в среде, а
также в тех, которые тесно взаимодействуют с человеком. Например,
корпус самолета (рис. 7.12, а), корабля, автомобиля, столовые приборы.
2. Аксиальная симметрия характеризует объекты, которые имеют ось
симметрии, т. е. такую прямую линию, при полном обороте вокруг
которой обводы поверхности объекта несколько раз совпадут сами с
собой. Число таких совмещений п за один полный оборот называется
порядком оси (2 < п < со). Например, гребной винт (рис. 7.12, б), колесо
центробежного насоса — порядок симметрии равен количеству
лопаток, цилиндр — осевую симметрию бесконечного порядка.

150
Раздел 2. Приемы и методы решения технических задач
Рис. 7.12. Примеры симметрии:
а — билатериальная; б — аксиальная; в — комбинация плоскости симметрии с осью
симметрии, лежащей в этой плоскости; г — комбинация оси симметрии с перпендикулярной к ней
плоскостью симметрии; д — комбинация главной оси симметрии с продольными и
поперечными плоскостями симметрии
3. Комбинация плоскости симметрии с осью симметрии, лежащей в
плоскости симметрии, обозначается п • т. Например, бытовой
штепсельный разъем имеет симметрию 2т, шайба (да • т), гайка (рис. 7.12, в).
4. Комбинация оси симметрии с перпендикулярной к ней плоскостью
симметрии. Эти объекты не имеют плоскостей, проходящих через ось
симметрии. Например, наливные мельничные колеса, вертушка
анемометра (рис. 7.12, г).
5. Комбинация главной оси симметрии с продольными и поперечными
плоскостями симметрии. Например, вал, блок (рис. 7.12, д) имеют
бесконечное число плоскостей симметрии, проходящих через его ось, и
плоскость симметрии, перпендикулярную оси (т ■ п: т).
6. Центральная точечная симметрия. Этот вид симметрии
характеризуется наличием особой точки, через которую могут проходить
несколько групп осей симметрии разных порядков и соответственно
несколько групп плоскостей симметрии.
Например, куб (рис. 7.13) имеет: три оси порядка 4, проходящие
через противоположные вершины; четыре оси порядка 3, проходящие
через середины противоположных граней; шесть осей порядка 2,
проходящие через середины противоположных ребер и 9 плоскостей
симметрии. Симметрию куба можно записать в виде формулы: ЪЬ^АЬт,вЬ29¥С
а 6 в
Рис. 7.13. Комбинация главной оси симметрии с продольными и поперечными плоскостями
симметрии:
симметрия куба: а — три оси порядка 4; б — четыре оси порядка 3; в — шесть осей порядка 2
Самая простая фигура — шар — обладает самой сложной
симметрией: бесконечное число осей порядка да и плоскостей симметрии.

7. Принципы строения и закономерности развития технических систем 151
Рис. 7.14. Виды бесконечной симметрии:
а — плоскость скользящего отражения; б — винтовая ось
7. Плоскость скользящего отражения. Этот вид симметрии относится
к бесконечным фигурам, и представляет собой совокупность плоскости
симметрии и параллельного ей поступательного движения, которые
действуют совместно (рис. 7.14, а).
Такая симметрия часто встречаются в природе, например, ветви на
деревьях; листья на стеблях; цветы ледяных узоров, образующиеся
зимой на стеклах; кристаллические образования — так называемые
скелетные кристаллы.
8. Винтовая ось. Этот вид симметрии также относится к
бесконечным фигурам. Она представляет собой сложное перемещение элемента:
вращательное движение вокруг оси симметрии и поступательное
движение вдоль оси, которые действуют совместно (рис. 7.14, б).
Симметрия в виде винтовой оси широко используется в технике,
например, шнек, спиральные пружины, винтовые поверхности.
По винтовым линиям часто располагаются ветви на деревьях,
листья на стеблях. Винтовую симметрию подробно исследовали в
ботанике и кристаллографии.
9. Криволинейная симметрия (гомология). Этот вид симметрии
выделил Д. Б. Наливкин в 1925 г. Он утверждал, что классические —
плоскостные и прямолинейные виды симметрии представляют собой лишь
частный случай элементов криволинейной симметрии.
Ромб имеет две плоскости симметрии, проходящие через его
диагонали АС и DB (рис. 7.15, а). Если посмотреть на ромб через
сферическое или цилиндрическое зеркало, то контуры его изменятся. На
рис. 7.15, б видно, что линия DB сохранила свойство делить пополам
отрезки afii, как и на рис. 7.15, а.
При движении жидкости в искривленном трубопроводе (рис. 7.16)
профиль скоростей симметричен относительно средней линии.
10. Антисимметрия. Это симметрия своей противоположности.
Антисимметричны: деталь — слепок; фото негатив — фото позитив;
гравюра — клише; позитрон — электрон, капля воды в воздухе — пузырек

152
Раздел 2. Приемы и методы решения технических задач
В с
Рис. 7.15. Искривление контуров ромба (а) при отражении его в сферическом
или цилиндрическом зеркале (б)
Рис. 7.16. Симметричность профиля скоростей относительно оси трубопровода
воздуха в воде и т. д. Например, графики изменения потенциальной и
кинетической энергии маятника — антисимметричны (рис. 7.17).
«WiftW/T Е
rwwv
e°\M\JW
Рис. 7.17. Антисимметричность графиков потенциальной (Еп)
и кинетической энергии (Eg) маятника
11. Диссимметрия. При анализе природных и искусственно
созданных объектов был выявлен еще один вид симметрии — диссимметрия.
Л. Пастер назвал диссимметричной такую фигуру, которая не может
быть совмещена простым наложением со своим зеркальным
изображением. Например, трехмерный неправильный тетраэдр не может быть
совмещен со своим зеркальным отражением (рис. 7.18, а). Одну из
зеркально равных диссимметричных фигур называют правой, другую —
левой. Например, левые и правые: рука, ботинок, перчатки. Ножницы
тоже диссимметричны, они сделаны под правую руку (рис. 7.18, б).
Под диссимметричными понимают не только фигуры, которые
определил Пастер, но и пониженную или расстроенную симметрию,
которая характеризуется отсутствием у некоторых элементов симметрии.
Например, если приглядеться к цветку ромашки, то можно увидеть, что
он не обладает полной осевой симметрией.

7. Принципы строения и закономерности развития технических систем 153
а б
Рис. 7.18. Трехмерный неправильный тетраэдр и его отражение в зеркале (а)
и ножницы {б) — диссимметричны
Многие естественные объекты, которые, казалось бы, должны быть
симметричными, имеют какие-то отклонения. Эти отклонения связаны
либо с особенностями эволюции живых организмов, либо с действием
каких-то случайных факторов, либо с особенностями их обитания.
Например, животные по внешнему виду имеют билатериальную
симметрию, но по внутреннему строению эта симметрия нарушается: сердце
расположено не по оси симметрии, у человека правая и левая руки не
одинаково развиты, по разному работают левое и правое полушария
головного мозга.
В природе часто наблюдается диссимметрия. Например, ракович-
ки-прудовики, из нескольких тысяч одна будет завита по левому винту,
а остальные — по правому; рыба камбала с развитием получает
существенную диссимметрию, так как кормится со дна.
Пониженную симметрию можно наблюдать и в ТО. Например,
легковой автомобиль по внешнему виду симметричен, а по внутреннему
строению эта симметрия нарушена: управление смещено влево,
стеклоочистители расположены несимметрично относительно продольной оси.
Иногда специально создают пониженную симметрию.
Пример 7.12. Развертка. Для точной чистовой обработки отверстий
применяют многолезвийный размерный инструмент — развертку.
Развертка позволяет получать отверстия с точностью 10—7 квалитета.
Если у развертки, например, 12 зубьев, то угол между режущими
кромками составляет не 30°, а 33°, 33°30', 36°, 37°30', 39°.
Неравномерность углового шага способствует получению отверстия без огранки,
снижению вибраций при развертывании, что уменьшает
шероховатость поверхности. В этом ТО применен прием объединения
компонентов со смещенными характеристиками, который дает
положительный системный эффект.
Технические системы со смещенными характеристиками можно
толковать как диссимметричные конструкции.
П. Кюри рассматривал симметрию как состояние пространства,
характерное для среды, в которой происходит явление. Он
сформулировал принцип симметрии, суть которого заключается в следующем.
Симметрия порождающей среды как бы накладывается на
симметрию тела, образующегося в этой среде. Получившаяся в результате

154
Раздел 2. Приемы и методы решения технических задач
форма тела сохраняет только те элементы своей симметрии, которые
совпадают с наложенными на него элементами симметрии среды.
Например, можно поставить следующий мысленный эксперимент.
Возьмем кристалл поваренной соли, который имеет форму куба, и
поместим его на дно водного потока (рис. 7.19). Через некоторое время
форма кристалла изменится. Боковые грани В и В± будут растворяться
одинаково. Грань А находится в набегающем потоке, следовательно,
она будет растворяться более интенсивно, чем грань А\, которая
находится в теневой части. Грань, на которой куб лежит, практически не
будет растворяться, а покрытая водой верхняя грань С, очевидно, будет
растворяться так же, как и грани В и В\. Таким образом, из всех видов
симметрии куба сохранится только одна — билатериальная, так как она
совпадает с симметрией водного потока.
в
А
С
>-
А, >
Bi
Рис. 7.19. Вид сверху на кристалл поваренной соли,
положенный на дно водного потока
На основании принципа Кюри и анализа природных объектов были
обнаружены следующие две закономерности:
1) если организованная система испытывает однонаправленное
воздействие среды в виде пучка параллельных сил и силы тяжести, не
совпадающей с воздействием среды, то такая организованная система
приобретает билатериальную симметрию. Этот вид симметрии имеют все
объекты, которые должны перемещаться в пространстве: живые
организмы, транспортные средства, а также ТО, осуществляющие
обработку потоков вещества, например плотина, мост, мясорубка;
2) если организованная система испытывает равновероятное со всех
сторон воздействие среды в виде сил, лежащих на параллельных
плоскостях, и силы тяжести, направленной перпендикулярно действию
среды, то такая организованная система приобретает аксиальную
симметрию. Например, растения, башни.
Эти две закономерности отражают характер взаимодействия не
только природных объектов с внешней средой (в природе это
наблюдается весьма отчетливо), но и искусственно созданных объектов.
Симметрия причины порождает симметрию следствия.
Горка песка в пустыне под действием ветра получит
билатериальную симметрию (рис. 7.20).
В соответствие с принципом П. Кюри, при синтезе ТО необходимо
искать в каждом процессе, явлении сохраняющуюся величину, отноше-

7. Принципы строения и закономерности развития технических систем 155
Направление
ветга
Рис. 7.20. Схема бархана в плане (по Г. А. Дмитриеву)
ние, гармонию, а также проверять, какой вид симметрии должен быть у
рассматриваемого ТО. Таким образом, при синтезе ТО необходимо
искать такие его свойства, которые находятся в гармонии при
взаимодействии с внешней средой.
Свойства симметрии широко используются в инженерной практике.
Например, если конструкция и действующие на нее нагрузки
симметричны, то количество уравнений, необходимых для ее расчета
уменьшается на единицу.
7.3. Закономерности развития технических систем
Закономерности развития ТС характеризуют различные аспекты
перестройки систем по мере их совершенствования и тенденции
изменения свойств ТО во времени. Знание этих закономерностей дает
ориентировку при решении задач. Их можно рассматривать как возможные
стратегии при решении той или иной проблемы, как приемы поиска
решений, позволяющие сделать очередной шаг в прогрессивном
направлении развития техники.
7.3.1. Закономерность стадийного развития
Закономерность стадийного развития характеризует
функциональный аспект развития мировой техники в целом и ТО того или иного
класса.
Анализ истории техники позволил выделить четыре стадии (этапа)
развития ТО, отличающихся появлением новых функций,
выполняемых ТО [90].
1. В ТО реализована только технологическая функция —
физико-химическое воздействие на объект исполнительным органом. ТО
представляет собой инструмент, который состоит из РО, хотя в нем могут

156
Раздел 2. Приемы и методы решения технических задач
быть и некоторые передаточные элементы — трансмиссия, например,
нож, лопата, топор.
2. Наряду с технологической функцией, в ТО реализуется функция
преобразования энергии. Структура ТО усложняется, к РО добавляются
ПЭ, Тр, ОУ.
3. В ТО реализуется функция управления. В структуру ТО
встраивается система управления, измеряющая некоторые параметры и
определяющая значения параметров других компонентов ТО.
4. В ТО реализуется функция планирования. В структуру ТО
добавляются компоненты, формирующие исходные данные для работы
системы управления.
В табл. 7.1 приведен пример, иллюстрирующий основные этапы
развития техники.
Таблица 7.1. Примеры стадийного развития техники
Стадия развития
1. Ручные орудия
2. Механизация —
возникновение и развитие машин. Ха-
! растеризуется наличием трех
основных звеньев:
преобразователя энергии, передаточных
устройств и рабочего органа
3. Детерминированные
автоматизированные
производящие системы. Реализована
функция контроля и
коррекции регулярно протекающего
процесса, имеется блок
управления ТС
4. Недетерминированные
самоуправляющиеся системы.
Выполняется функция
анализа ситуации и принятие
решения
Средство обработки абстрактной
информации
Счетные палочки, счеты,
логарифмическая линейка
Электромеханический
арифмометр, электрические
калькуляторы, ЭВМ 1 -го
поколения
ЭВМ 2- и 3-го поколений,
ПЭВМ, базы данных
Базы знаний
Средство обработки физических
объектов
Токарный станок с ручным,
затем с ножным приводом
Токарный станок с приводом
от водяного колеса, паровой
машины, электродвигателя с
ручным управлением
Токарный станок с числовым
программным управлением с
«жесткой» записью
программы на магнитной ленте,
перфоленте
Гибкие автоматизированные
производственные системы
Из закономерности стадийного развития вытекает важное
следствие, что переход к каждой новой стадии возможен после того, как
предыдущая стадия получит достаточное научное и техническое развитие.
При этом невозможно перескакивать через одну или несколько стадий
развития. Например, бессмысленно оснащать ТО приводом, если нет
РО. Невозможно оснащать ТО системой управления, если не
исследованы закономерности его функционирования и не созданы
соответствующие модели. Невозможно создать экспертную систему, базу знаний,

7. Принципы строения и закономерности развития технических систем 157
не создав предварительно хорошо работающую базу данных в
рассматриваемой предметной области.
Закономерность стадийного развития имеет большое практическое
значение при анализе проблемы и постановке задачи синтеза, при
совершенствовании существующих ТО. Знание закономерностей
развития дает инженеру ориентировку относительно перспектив
совершенствования технических устройств. Определив на какой стадии своего
развития находится исследуемый ТО, в соответствии с закономерностью
стадийного развития можно наметить пути его дальнейшего
совершенствования.
На каждой стадии развития очередная полезная функция
реализуется, как правило, с помощью универсальных устройств, — происходит
заимствование средств из другой технической области. Затем
начинается дифференциация и специализация этих средств. Это
непосредственно следует из закона повышения идеальности ТО.
При создании новых ТО стремятся к повышению их качественных
показателей. Каждый новый образец предназначен, как правило, для
выполнения все более сложных функций. Это приводит к тому, что ТО
оснащается многими дополнительными системами и устройствами.
Поэтому следствием из закономерности стадийного развития является
тенденция возрастания сложности ТС.
Техническая система развивается, отбирая все больше функций у
человека. Функцию, которую раньше выполнял человек, теперь берет
на себя ТО. Эту тенденцию Б. Л. Злотин [47] назвал «Закон вытеснения
человека из технической системы». Метафоричное название закона не
следует понимать буквально. Человек не является компонентом ТС по
определению. Речь идет о том, что человек вытесняется, как участник
процесса выполнения ГПФ.
Закономерность стадийного развития можно описать следующим
образом:
1) человек с помощью созданного инструмента сам выполняет
действия по физико-химическому воздействию на некоторый предмет;
2) добавляется преобразователь энергии, развитие получают органы
ОУ, в результате чего человек управляет некоторым процессом;
3) получают развитие автоматизированные системы управления.
Человек уже только наблюдает по контрольным приборам за ходом
процесса, изредка вмешиваясь в него, осуществляя, например,
корректировку;
4) все действия процесса автоматизированы таким образом, что
человек только контролирует процесс.
Весьма часто технологическая функция, реализованная в РО,
создается на основе имеющегося преобразователя энергии, например,
дуговая электросварка, контактная электросварка. При этом для
выполнения технологической функции в конструкцию встраиваются необходи-

158
Раздел 2. Приемы и методы решения технических задач
мые ОУ. Естественно, что такой РО в принципе не может работать без
преобразователя энергии.
Пример 7.13. Развитие электросварки. Дуговой электрический
разряд был открыт русским академиком В. В. Петровым в 1802 г. В 1882 г.
русским инженером Н. Н. Бенардосом была предложена электрическая
дуговая сварка угольным электродом. В 1888 г. инженер Н. Г. Славянов
разработал способ дуговой сварки металлическим электродом. Развитие
ручной сварки шло, прежде всего, в направлении повышения качества
сварного соединения. В свариваемые материалы вводились
легирующие добавки, разрабатывались способы защиты расплавленного и
разогретого металла от коррозии, подбирался состав флюса,
отрабатывались режимы сварки.
Долгое время дуговая сварка применялась при ручном управлении.
В 1940 г. Совет министров СССР в постановлении указал на
необходимость развития автоматической сварки под флюсом, а в 1960 г., —
комплексной механизации и автоматизации сварочных процессов [76]. Для
этого нужно было разработать преобразователь энергии и устройства
для перемещения сварочной головки и подачи присадочной проволоки.
Развитие сварочного производства шло по пути совершенствования
источников питания; систем автоматического регулирования длины
дуги и создания условий для повышения стабильности ее горения;
подачи присадочной проволоки; разработки систем активного управления
процессом образования соединения и переносом капли присадочного
материала в место соединения; перемещения дуги вдоль шва.
Разрабатывались системы программного управления процессом сварки.
Таким образом, основные этапы стадийного развития ТС коротко
можно представить в следующем виде:
1
2
3
4
Стадии
Технологическая
Т + Преобразователь энергии
Т + ПЭ + Управление
Т + ПЭ + У + Планирование
Функции человека
Выполняет действия
Управляет процессом
Разрабатывает управляющую программу
Ставит задачу, формирует критерии, контролирует
выполнение
Закономерность стадийного развития используется при
прогнозировании потребностей и для определения направлений развития техники.
7.3.2. Закономерность прогрессивной конструктивной эволюции
Термин «прогрессивная конструктивная эволюция» использует
А. И. Половинкин. В работах Альтшуллера и его учеников эту
закономерность просто называют этапами развития ТС, законом ^-образного
развития технических систем, [9, 47, 51].

7. Принципы строения и закономерности развития технических систем 159
История развития техники показывает, что любое открытие в науке
и технике только через некоторое время начинает использоваться для
выполнения некоторой полезной функции. Сначала открывается
некоторый физический эффект, который тщательно исследуется,
разрабатывается технология изготовления опытных образцов. Проводятся
научные исследования, практическая отдача которых пока минимальная.
Затем на основе освоенного физического эффекта синтезируется ФПД
устройства, которое может уже иметь прикладное значение. Спустя
некоторое время на основе этого ФПД создается техническое устройство,
способное качественно выполнять некоторую полезную функцию.
Например для практического использования дуговой сварки
потребовалось 80 лет (см. пример 7.13).
Пример 7.14. Эхолокация. «30 июня 1804 г. Робертсон и Захаров
поднялись в Петербурге с плаца 1-го кадетского корпуса ...
Воздухоплаватели достигли высоты свыше 2000 м; через 3,5 часа шар, пролетев
около 60 км, благополучно опустился возле деревни Сиворицы. ... взял
пробы воздуха на различных высотах, а также провел опыты над
звуковыми сигналами. Последние опыты показали, что если крикнуть в
рупор, направленный воронкой вниз, то эхо возвращается, вызывая
колебания аэростата. Отсюда были сделаны два интересных заключения:
во-первых, можно было определить высоту полета, измеряя время
между подачей звукового сигнала и слышимостью эхо; во-вторых, ученые
считали возможным воздействовать звуковыми волнами (стрельба из
пушек) на облачные образования, вызывая дождь» [44].
В 1912 г. русский инженер К. В. Шиловский изобрел прибор для
предотвращения столкновений судов с айсбергами и массивными
льдинами. Работа прибора основывалась на принципе подводной
эхолокации, т. е. приема отраженных от объекта эхосигналов. 92 года отделяет
открытие эхолокации от его практического применения!
Для удовлетворения потребности ТО создается тогда, когда имеются
научные и технические возможности обеспечить ему
удовлетворительные потребительные свойства, которые зависят от его уровня качества
(линия Кц на рис. 7.21).
Как правило, первый образец принципиально нового ТО создается
в условиях неполного знания свойств нового, только что открытого
явления. Поэтому технически сложно реализовать высокое качество
выполняемой функции. С началом применения нового ТО для улучшения
его функциональных характеристик ведутся работы по его
совершенствованию, улучшению показателей качества, устранению недостатков и
повышению эффективности использования. Создаются различные
модификации ТО, расширяется область применения технических
устройств, созданных на ФПД, в основе которого лежит открытый
физический эффект.
Взаимосвязь затрат и показателя качества совершенствуемого ТО
имеет вид 5-образной кривой (см. рис. 7.21). Начальный участок S-об-

160
Раздел 2. Приемы и методы решения технических задач
К,
Теоретически предельно возможный уровень качества
Начало исследований нового
физического эффекта
Минимально приемлемый
уровень качества
Открытие
физического эффекта
На(чало практического
4 применения ФПД
Затраты
Время
Рис. 7.21. Изменение показателя качества ТО при его конструктивной эволюции:
I, II, III — участки развития; К1Ь К21, — минимально приемлемый уровень качества; К12,
К22 — теоретически предельно возможный уровень показателя качества; 1 — линия развития
ТО; 2 — линия развития ТО с новым ФПД
разной кривой (участок I на рис. 7.21) соответствует этапу
теоретического изучения и экспериментальной отладки полученного ФПД,
исследованию возможностей его практического применения. На этом
этапе осуществляется опытная эксплуатация единичных лабораторных
образцов вновь созданного ТО. Этот период отличается напряженной
работой и большими затратами для увеличения показателей качества.
Улучшению характеристик ТО способствует рост общего
научно-технического потенциала и развитие технологии производства. По
мере накопления теоретических знаний и практических результатов по
производству и эксплуатации ТО, рост показателей эффективности и
качества ТО, основанных на этом ФПД, становится более
интенсивным (участок II на рис. 7.21). Устраняются недостатки, улучшаются
функциональные показатели, повышается надежность, экономичность
и другие показатели качества, растет отдача средств, вложенных в
используемые технические устройства.
В этот период совершенствуется конструкция ТО и технология его
изготовления, производство часто становится массовым, резко
увеличивается количество изобретений в той области техники, к которой от-

7. Принципы строения и закономерности развития технических систем 161
носится применяемый ФПД. Этот ФПД находит все более широкое
применение в различных областях. Разрабатывается гамма технических
устройств. Развитие идет как в направлении универсализации, так и
специализации.
Пример 7.15. Радиоэлектроника. С начала XX в. в развитии ряда
технических отраслей прослеживается тенденция освоения
электромагнитных волн все более высокой частоты. В середине XX в. в
радиотехнике и радиоэлектронике начинает активно осваиваться оптический
диапазон (появляются оптоэлектронные приборы), а также
инфракрасная область (разрабатываются тепловизоры, инфракрасная оптика).
В начале 60-х годов XX в. появляются первые лазеры, а чуть позже
создаются оптические волокна. В 1970 г. Американская фирма «Кор-
нинг» разработала кварцевое волокно с малым затуханием — порядка
20 дБ/км.
За 10 лет для кварцевых оптических волокон удалось уменьшить
потери примерно на два порядка. В начале XXI в. уже производятся
оптические волокна с затуханием порядка 0,15 дБ/км. Во многом этому
способствовало развитие технологии производства оптических волокон.
Расширяется область применения этой техники. Сначала это были
уникальные лабораторные установки, затем технологическое оборудование
и, наконец, товары народного потребления, например, лазерные
проигрыватели, считывающие и записывающие устройства.
С середины XX в. прослеживается тенденция
микроминиатюризации в радиоэлектронной аппаратуре. Ширина проводников
уменьшается от нескольких миллиметров до нескольких микрометров.
Увеличивается плотность компоновки, возрастает количество вентилей на
единицу объема. Ряд показателей микроминиатюризации радиоэлектронной
аппаратуры удваивается каждые 10 лет (закон Мура).
Бурное развитие ТО, основанного на принятом ФПД постепенно
замедляется. Наступает время, когда ТО вступает в третью стадию
своего развития (участок III кривой 1 на рис. 7.21), которая
характеризуется значительным увеличением затрат на повышение качества ТО.
Эффективность средств, направленных на повышение качества ТО,
снижается. Это связано с тем, что происходит исчерпание возможностей
принятого ФПД. Совершенствование ТО осуществляется его
усложнением, внесением конструктивных изменений, оптимизацией
параметров, изменением конструкторско-технологических решений.
Показатели качества приближаются к некоторому пределу, который может быть
достигнут при использовании этого ФПД (линия К42 на рис. 7.21).
Совершенствование ТО продолжается до тех пор, пока существует
потребность в производстве ТО, основанном на этом ФПД. Если нет
условий перехода на новый принцип действия, то в процессе
конструктивной эволюции рост эффективности замедляется и длительное время
воспроизводятся ТО с близкими по значению показателями качества.
Однако, как правило, задолго до этого периода обнаруживается
новый принцип действия, использование которого может в перспективе

162
Раздел 2. Приемы и методы решения технических задач
обеспечить более высокие показатели качества. Но его практическое
применение начнется тогда, когда будет накоплен необходимый
научно-технический потенциал и будут созданы социально-экономические
условия (линия К.21 и кривая 2 на рис. 7.21). Сначала новый ТО по
своим показателям качества отстает от своего предшественника, но он
находится на начальном этапе своего развития и, в соответствии с
закономерностью, описываемой .S-образной кривой, этот ТО, основанный
на новом ФПД, в конце концов, быстро обгонит и вытеснит своего
конкурента.
Пример 7.16. Применение реактивных двигателей. Применение
реактивных двигателей в авиации началось тогда, когда они еще уступали
бензиновому поршневому двигателю по экономичности. При
увеличении скорости полета более 700...800 км/ч поршневой двигатель
исчерпал себя, но к этому времени уже были достаточно отработаны
реактивные двигатели, позволившие продолжить развитие авиации в
направлении увеличения скорости полета. Были попытки установить
реактивный двигатель и на автомобиль, но хотя испытания прошли
успешно, такие машины не были востребованы и до настоящего времени
не применяются.
В 1867 г. военное министерство Франции выдало патент на
летательный аппарат, представляющий собой реактивный самолет.
Автором этого патента, имеющего название «Усовершенствованная система
воздухоплавания», был русский офицер Н. А. Телешов [16].
В 1929 г. в журнале «Авиация и химия», № 10 сообщалось о первом
полете в 1928 г. немецкого летчика Ф. Штаммера на планере,
оснащенном пороховыми ракетами.
В 1930 г. в Москве Ф. А. Цандер провел первые огневые испытания
опытного реактивного двигателя ОР-1. Первоначально удалось
получить очень небольшую тягу, но по расчетам можно было получать тягу
в 35 раз больше. Удачные эксперименты привели ученого к созданию
авиационного жидкостного ракетного двигателя ОР-2. Первые огневые
испытания его прошли 13 марта 1933 г., а летные испытания — 9 мая
1936 г. на управляемой крылатой ракете, созданной под руководством
С. П. Королева [61].
В 1939 г. летчик-испытатель П. Е. Логинов поднял в воздух самолет
И-15, под крылом которого были подвешены два прямоточных
воздушно-реактивных двигателя конструкции И. А. Меркулова [25].
В 1940 г. летчик В. К. Федоров совершил полет на планере
РП-312-1 конструкции С. П. Королева с жидкостным ракетным
двигателем ОРМ-65 конструкции В. П. Глушко. В 1943—44 годах испытания
реактивных двигателей проходили на самолетах Пе-2, Су-6, Су-7, Як-3,
Ла-7Р.
В конце 1945 — начале 1946 г. появились первые советские
реактивные истребители, а затем бомбардировщики с
воздушно-реактивными двигателями.
В 1955 г. поднялся в воздух первый в мире пассажирский самолет
Ту-104 с реактивными двигателями.

7. Принципы строения и закономерности развития технических систем 163
Во второй половине 50-х годов XX в. на линиях гражданской
авиации появились мощные турбовинтовые самолеты. Движителем на этих
машинах, как и на самолетах с поршневыми моторами, являлся
самолетный винт, который приводился во вращение газотурбинным
двигателем.
Первые газотурбинные двигатели были предложены в 1913 г.
русским инженером М. Н. Никольским и в 1923 г. инженером В. И.
Базаровым. В 1939 г. на Кировском заводе в Ленинграде под руководством
А. М. Люлька началось строительство авиационного турбореактивного
двигателя по предложенной им схеме.
В 1941 г. в Англии впервые был испытан турбореактивный
газотурбинный двигатель конструкции Ф. Уитля.
Происходит вытеснение поршневых двигателей из авиации
газотурбинными. Разрабатываются различные типы газотурбинных
двигателей: турбовинтовые, турбовентиляторные, турбореактивные. Борьба
идет за повышение надежности, ресурса, экономичности, экологично-
сти, снижения шума.
Пример 7.17. Можайский выбирает двигатель для аэроплана.
В 1880 г. А. Ф. Можайский подбирал двигатель для своего аэроплана.
Из табл. 7.2 видно, что двигатель внутреннего сгорания (ДВС)
значительно уступает по своим характеристикам паровому двигателю.
Поэтому Можайский выбрал двигатели фирмы Арбекер—Хамкенс.
Таблица 7.2. Сравнительная характеристика двигателей [44]
Фирма
«Виберинг и Шлюгер»
«Дейтц»
«Арбекер—Хамкенс»
Тип
двигателя
Паровой
ДВС
ДВС
Паровой
i
Мощность, л. с.
10
8
6
20
10
Масса
75 кг
120 пудов (1920 кг)
100 пудов (1600 кг) |
47,6 кг 1
28,6 + 64,5 (котел),
всего 93,1 кг
В приложении П12 приведена история развития радиолампы. Из
этого примера хорошо видно, что между открытием и его практическим
применением может быть весьма большой промежуток времени. В
пределах одного ФПД наблюдается длительный процесс конструктивной
эволюции, который сопровождается постоянным усложнением
конструкции и, наконец, когда этот принцип получил широкое
распространение, и был достигнут максимальный результат, он тут же начал
вытесняться другим, более совершенным принципом — использованием
полупроводниковых приборов для обработки электрических сигналов.
История развития техники показывает, что ТО, основанный на
определенном ФПД, отмирает в период своего наивысшего развития, т. е.
когда в максимальной степени реализованы его показатели качества.
Например, к середине XX в. паровозы достигли предельного своего со-

164
Раздел 2. Приемы и методы решения технических задач
вершенства, т. е. предельного КПД, и сразу стали вытесняться
тепловозами (новый принцип действия) с более высоким КПД.
При создании новых ТО необходимо оценить на каком этапе
конструктивной эволюции находится прототип, каковы перспективы его
развития, какие изменения в науке и технике произошли с начала его
создания, причем не только в рассматриваемой области техники, но и в
смежных областях. Исследуются различные аспекты проблемы: какие
достижения научно-технического прогресса не нашли своего
отражения при создании существующих ТО, предназначенных для
удовлетворения рассматриваемой потребности и что можно использовать из
последних достижений науки и техники для разработки нового принципа
действия, конструктивных и конструкторско-технологических решений
для создания нового ТО.
При решении задачи по совершенствованию ТО необходимо
оценить конкурентоспособность других ФПД, установить, на каких этапах
своего развития они находятся, найти область эффективного
применения рассматриваемого принципа действия, оценить перспективность и
целесообразность конструктивного совершенствования прототипа или
прийти к выводу, что нужно переходить на другой ФПД и определить,
на какой. В решении последней проблемы существенную помощь
оказывают другие закономерности развития техники, рассматриваемые
ниже.
7.3.3. Динамизация технических систем
В русском языке слово «динамика» имеет три значения: «1. Отдел
механики, изучающий законы движения тел в зависимости от
действующих на них сил. 2. Ход развития, изменения какого-нибудь
явления... 3. Движение, действие, развитие ...». Прилагательные:
«динамический, динамичный — богатый движением, действием» [83].
Термин «динамизация», используемый в названии этого принципа
развития ТС, отражает именно богатство движения, заложенное в ТО.
Ю. П. Саламатов в работе [120] дает следующую формулировку
сущности динамизации ТС: «Жесткие системы для повышения их
эффективности должны становиться динамичными, т. е. переходить к
более гибкой, быстро меняющейся структуре и к режиму работы,
подстраивающемуся под изменения внешней среды».
Он описывает проявление этой закономерности следующим
образом: «С момента синтеза и на первых этапах развития ТС имеют обычно
жесткие внутренние связи, и в них отсутствуют подсистемы для
изменения режима работы в зависимости от изменения внешних условий.
Из-за этого системы легко уязвимы, часто выходят из строя,
недолговечны. Поэтому этап динамизации (адаптации) неизбежен. Для
механических систем он начинается обычно с перехода от неподвижных частей

7. Принципы строения и закономерности развития технических систем 165
к движущимся; жесткая связь (или конструкция) «ломается», и в этом
месте вводится шарнир, жесткие элементы заменяются гибкими, гидро-
и пневмоконструкциями; используется вибрация, периодическое
изменение формы и др».
История техники показывает, что придание свойства динамичности
конструкции часто позволяло разрешать многие проблемы,
возникающие при создании ТО, значительно улучшить показатели качества.
Например, для повышения маневренности сверхзвуковых реактивных
самолетов, сначала были разработаны двигатели с поворотными соплами
и системой струйного управления, позволяющие изменять вектор тяги,
затем поворотные двигатели. Это позволило создать самолет с
вертикальным взлетом и посадкой.
Убирающееся шасси для снижения лобового сопротивления,
пропеллер с изменяющимся углом атаки лопасти, раскрывающиеся панели
солнечных батарей на космическом аппарате, складывающийся зонтик,
разводной мост, и т. д. — примеры динамичных конструкций.
Пример 7.18. Самолеты с изменяемой стреловидностью крыла.
Появление сверхзвуковых самолетов с изменяемой стреловидностью крыла
вызвано двумя противоречащими требованиями: получить очень
большую скорость полета и обеспечить малую скорость приземления [96].
Крыло с большой стреловидностью обладает наименьшим
сопротивлением при скоростном полете, но не обеспечивает достаточной
подъемной силы при взлете и посадке.
Пример 7.19. Убирающееся шасси самолета. «Доля сопротивления
неубирающегося шасси в общем сопротивлении самолета составляла
20...25 %. Получить значительный выигрыш в скорости путем полного
или частичного убирания шасси в полете, конструкторы стремились
даже ценой некоторого увеличения веса самолета (на 1...2 %) и
усложнения конструкции. Эта задача была решена к 1935—1936 годам.
Вначале было применено свободнонесущее шасси с обтекателями
(сопротивление от шасси уменьшилось примерно на 30 %), позже стали
убирать главные стойки, а затем и хвостовое колесо, пришедшее на смену
костылю. Применение убирающегося шасси позволило повысить
максимальную скорость самолета на 15...20 % без увеличения мощности
двигателя» [96].
Пример 7.20. Винты изменяемого шага. Самолетные винты
фиксированного шага, применявшиеся до 30-х годов XX в., рассчитывались на
определенный режим полета. На других режимах КПД винта снижался.
При скорости 200...250 км/ч потери были несущественными, с ростом
же скоростей полета увеличивалась разница между максимальной и
взлетной скоростями и резко возрастали потери тяги винтомоторной
группы. Чтобы избежать этого сначала создали двухшаговый винт,
лопасти которого могли устанавливаться на малый шаг при взлете и
подъеме и на большой шаг при максимальной скорости полета. Затем
появились винты с непрерывно изменяющимся шагом и, наконец,
винты—автоматы, лопасти которых автоматически устанавливаются

166
Раздел 2. Приемы и методы решения технических задач
так, что двигатель все время работает с наиболее выгодным числом
оборотов. Винты изменяемого шага получили распространение на
скоростных самолетах, обеспечив прирост максимальной скорости на
7... 10 %, потолка на 18...20 %, тяги на взлете на 40...45 %. При этом
увеличилась скорость подъема самолетов и выросла дальность полета за
счет уменьшения расхода топлива [96].
Динамизация ТС способствует не только улучшению управляемости
ее отдельными частями, но и является одним из способов создания
универсальных ТО:
Этап динамизации
Ограниченно динамичная система
Система со сменными рабочими
органами
Система с программным принципом
управления
Система с изменяемыми рабочими
органами
Пример
Вертикально фрезерный станок
Фрезерный станок с набором инструментов
Фрезерный станок с программным управлением
Увеличение количества одновременно управляемых
координат
Фрезерный станок с магазином инструментов
Фреза с изменяемой геометрией режущих кромок
В развитии механических систем можно выделить два направления
динамизации: динамизация веществ и полей.
Динамизация веществ начинается с разделения вещества на части и
введения связи между ними. Здесь возможна такая последовательность
переходов:
один шарнир -> много шарниров —» гибкое вещество -> жидкость ->
газ ->■ поле.
Динамичность — свойство, характеризующее структуру объекта,
поэтому оно может проявляться как в компонентах, так и в связях между
ними.
Придание свойства динамичности ТО обусловлено двумя
обстоятельствами: потребностями в обеспечении приспособляемости
(адаптации) объекта к изменяющимся внешним условиям и в улучшении
управляемости объектом.
Динамизация эффективна как прием решения технических задач.
Например, для увязки размеров и обеспечения взаимозаменяемости в
конструкциях в качестве компенсаторов погрешностей увязываемых
размеров применяют регулируемое звено или упругий элемент.
С одной стороны, динамизация — важное направление
конструктивной эволюции ТС. Здесь большую роль играет развитие
возможностей технологии производства. Например, для создания водяного замка
в сливных частях трубопроводных систем долгое время применялись
жесткие конструкции в виде сифона. Применение гофрированной
трубки — сильфона — сделало эту конструкцию не только дешевле

7. Принципы строения и закономерности развития технических систем 167
(меньшее количество деталей), но и упростило процесс стыковки
сливной части раковины с вводным патрубком канализации.
С другой стороны, переход на новый принцип действия, как
правило, сопровождается повышением динамичности ТО, увеличением его
функциональных возможностей. Например, применение
металлического ключа для открывания дверей автомобиля заменяется посылкой
кодированного радиосигнала. При этом сразу может открываться
несколько дверей. Этот же радиоключ используется и для блокировки
системы зажигания.
Кроме того, как будет показано в следующей главе, динамизация
является одним из приемов разрешения противоречий в технических
задачах.
Пример 7.21. Сумка на колесиках. Сумка на колесиках удобна для
перемещения груза по ровной поверхности, но неудобна для
перемещения по лестнице (рис. 7.22 а). Для преодоления ступенек было
разработано шагающее устройство (рис. 7.22 б).
Рис. 7.22. Сумка на колесиках обычной конструкции (а)
и «динамизированная» (б)
При решении этой задачи использовался прием, основанный на
системном подходе — введение в ТС еще одного компонента. Принцип
динамизации дополняет этот прием, конкретизирует направление
поиска решения — при введении еще одного компонента, увеличить
число степеней свободы, подвижность частей ТС.
Одно из направлений совершенствования конструкций —
динамизация связей (рис. 7.23). Связи можно разделить на вещественные и
полевые. В вещественных связях используется какая-либо передающая
среда — вещество. В полевых связях передающая среда отсутствует.
В вещественных связях взаимодействие компонентов
осуществляется непосредственно с помощью вещества, поэтому связи могут
различаться в зависимости от того какие свойства вещества для этого
используются. Жесткая связь может быть реализована с помощью
твердого монолитного вещества, например, стержень, балка, ферма. Гибкие

168
Раздел 2. Приемы и методы решения технических задач
Связи
Веществнные
Твердое вещество
Эластичное вещество
□
D
V
Полевые
Жесткие
I
Гибкие
4
Ки тематические
1
Гидравлические
Пневматические
Гравитационные
°сз
Электрические
Магнитные
Балка, стержень
>'
Трос, ремень, цепь
V
Усложнение характера
движения:
- вокруг оси
- по линии
- в плоскости
- в пространстве
т
Электромагнитные
Рис. 7.23. Схема динамизации связей
связи могут быть организованы при использовании эластичных и
упругих материалов, например, трос, ремень, цепь, сильфон, пружина, или
материалов, находящихся в вязкотекучем состоянии, которые занимают
промежуточное положение между твердыми веществами и жидкостями,
например, термопласт. Может быть использован и газ, например, в
пневмоприводах, газостатических и газодинамических подшипниках.
Если вещества разделены и обеспечивают подвижное соединение,
то образуются кинематические связи, развитие которых часто идет в
направлении применения более сложных движений.
Пример 7.22. Динамизация крыла. В развитии авиации первой
половины XX в. происходил интенсивный рост скоростей самолетов. С
повышением скоростей самолетов возрастает посадочная скорость, что
приводит к увеличению длины взлетно-посадочной полосы. Проблема
разрешалась путем механизации крыла.
В 30-х годах XX в. активно велись разработки «механического»
крыла. Для снижения посадочной скорости самолета закрылки
поворачивались так, что изменялась кривизна профиля крыла, что приводило
к увеличению коэффициента подъемной силы.
На многих современных самолетах закрылки совершают сложное
движение. При этом увеличивается не только кривизна профиля, но и
площадь крыла.
История развития техники показывает, что связи во многих
механизмах развивались в соответствии со схемой, показанной на рис. 7.23.

7. Принципы строения и закономерности развития технических систем 169
Однако здесь следует отметить некоторую особенность. С одной
стороны, для гидравлической связи, как правило, используются
специальные жидкости (естественное вещество — вода часто не
удовлетворяет нужным свойствам), а в пневматической связи может использоваться
воздух (специальные газы, как правило, не применяются). Поэтому
пневматическая связь ближе к идеальному техническому решению.
С другой стороны, гидравлическая связь передает давление
практически мгновенно, жидкость несжимаема, вследствие этого передача
энергии происходит с минимальными потерями. В пневматических
связях часть энергии расходуется на сжатие газа. Поэтому в
соответствии с принципом энергетической проводимости гидравлическая связь
лучше. Кроме того, она имеет и меньшее время переходного процесса,
следовательно, она эффективнее с позиции управляемости процессом.
Полевая связь, как правило, лучше обеспечивает управляемость
компонентами ТО, она часто создает дополнительные удобства.
Приведенная на рис. 7.23 схема развития связей ТО дает еще один
прием поиска технических решений. В частности, если простая
кинематическая связь, например, в виде шарнира с одной степенью
свободы, не позволяет решить задачу, то можно попробовать увеличить
число степеней свободы, изменить характер движения: перейти к более
сложному движению взаимодействующих компонентов. Так работают
манипуляторы современных роботов.
Принцип динамизации используется для совершенствования ТО в
рамках определенного ФПД, поэтому можно сказать, что это один из
приемов решения задач в процессе конструктивной эволюции ТО.
Например, карданный узел в наборе торцевых гаечных ключей
значительно упрощает выполнение работ в труднодоступных местах. Трамвай из
двух вагонов, двухсекционные автобусы и троллейбусы позволяют
значительно повысить вместимость транспортного средства. При этом
радиус поворота увеличивается незначительно. Создание двухэтажных
автобусов, увеличение длины вагона, дает чисто масштабный эффект.
Оба направления соответствуют конструктивному подходу
совершенствования ТО (см. подразд. 7.1.2).
Следует отметить, что переход на другой ФПД, как правило,
сопровождается увеличением степени динамичности ТС.
Динамизация ТО часто приводит к увеличению количества
выполняемых функций, например, складной нож, разводной ключ.
Динамизация полей осуществляется переходом от полей с
постоянными во времени (не изменяющимися) характеристиками к полям с
переменными по времени значениями полевой характеристики.
Поле может меняться во времени и в пространстве. Динамизацию
поля во времени можно представить такой последовательностью:
постоянное -» возрастающее (убывающее) -»
-> циклически меняющееся.

170
Раздел 2. Приемы и методы решения технических задач
Периодческие процессы могут быть импульсными и
синусоидальными, а управление ими может осуществляться по амплитуде, частоте и
сдвигу фаз сигнала.
Динамизация в пространстве выражается в том, что поле из
постоянного становится градиентным. Градиент — мера возрастания или
убывания в пространстве какого-либо параметра поля при
перемещении на единицу длины.
Переменное поле, как правило, легче поддается преобразованиям,
например, трансформатор переменного электрического тока. Оно
имеет больше параметров, которые можно использовать для выработки
управляющего сигнала. Импульсное управление, как правило,
энергетически более экономно, чем управление постоянным сигналом.
Градиентное поле позволяет решать задачи за счет концентрации
напряженности поля в рабочей зоне, например, для дистанционного
управления потоками заряженных частиц применяется магнитная
оптика.
Динамизацию не следует рассматривать только как увеличение
сложности механического движения. Это способность компонентов
приспосабливаться к изменяющимся условиям работы и более широкие
возможности оперативного влияния на параметры, характеризующие
компоненты ТС, например, автоподстройка радиоприемного
устройства на принимаемую частоту сигнала.
Пример 7.23. Адресное разделение каналов в телеметрических
системах. В радиотелеметрических системах, предназначенных для передачи
информации о функционировании бортовых устройств космического
аппарата на Землю, при большом числе контролируемых параметров
применяется частотное, временное, частотно-временное и адресное
разделение каналов.
При адресном разделении каналам приписываются адреса в виде
селектирующих кодов. Коды задаются в виде определенной
последовательности импульсов [63]. Адресные системы с цифровым методом
передачи информации, позволяют наилучшим образом согласовать
информационный поток с энергетическими характеристиками
радиолиний. В перспективе получат применение системы с адаптивным
принципом передачи информации, которые позволяют изменять программу
измерений, регулировать число измеряемых параметров, частоту
опроса, точность и другие характеристики в зависимости от внутренних и
внешних факторов функционирования космического аппарата.
Таким образом, динамизация, — одна из наблюдаемых
закономерностей развития ТС, использование которой позволяет определять
направления совершенствования ТО. Понимая, что любая ТС проходит
определенные стадии динамизации, можно определить на каком этапе
она в данный момент находится, и сделать шаг в перспективном
направлении.

7. Принципы строения и закономерности развития технических систем 171
7.3.4. Переход с макроуровня на микроуровень
Познание человеком природы начиналось с наиболее простых форм
движения материи — механической. Механические способы
взаимодействия макровеществ с привлечением свойств различных
геометрических форм вещества было положено в основу работы первых
технических устройств. Это не случайно, так как макровещество с его
внешними формами и геометрическими параметрами непосредственно даны
человеку в ощущениях.
С развитием науки и техники происходит более глубокое
проникновение в строение веществ, познание глубинных их свойств и более
тонких их взаимодействий на молекулярном и атомарном уровнях.
Человек осваивает технологию на основе применения физической химии,
ядерной физики, квантовой механики. Механические способы
взаимодействия веществ, положенные в основу ФПД работы устройства,
вытесняются взаимодействием частиц вещества, молекул, атомов.
В процессе конструктивной эволюции (см. подразд. 7.3.2)
повышение качества выполняемой функции часто приводит к усложнению ТС.
Переход на другой ФПД заключается в том, что ФО основывается на
использовании свойств веществ, связанных с их внутренним строением
при активном участии физических полей. Эти взаимодействия
формируют свойства, которые используются для выполнения требуемой ФО.
Если на начальной стадии развития ФО осуществлялась на
макроуровне — взаимодействием различных веществ на основе
использования законов механики, то затем, в результате развития науки и
техники, она реализуется на микроуровне, т. е. на использовании свойств
малых частиц веществ, определяемых законами строения материи.
В результате этого перехода функцию ТС, состоящей из нескольких
компонентов, выполняет одно вещество со специальными свойствами.
Переход с макроуровня на микроуровень — это закономерность,
описывающая процесс перехода к другому ФПД в направлении
совершенствования системы (с кривой 1 на кривую 2 рис. 7.21).
На рис. 7.24—7.26 приведены примеры, характеризующие развитие
ТС, из которых хорошо видно, что очередной шаг в развитии техники
может осуществляться в разных направлениях в соответствии с
описанными закономерностями: по пути конструктивной эволюции; в
соответствии с закономерностью стадийного развития техники; по пути
динамизации; переходом на микроуровень.
Показателен пример развития пар трения:
1) подшипник скольжения;
2) подшипник качения (шариковые, роликовые);
3) гидростатические подшипники — вал не соприкасается с
обоймой, а парит в масле, которое под давлением заполняет зазор.
Получается бесконтактная гидростатическая опора;

172
Раздел 2. Приемы и методы решения технических задач
4) газостатическая опора. Газ нагнетается под давлением через
пористые втулки, которые являются его опорами;
5) газодинамическая опора. Для быстроходных валов давление газа
создается под действием центробежных сил;
6) магнитная опора — полевое взаимодействие.
Источники
электроэнергии
Электростатический
генератор
Вольтов столб
I
Электродинамический
генератор
I
Химический аккумулятор
У
Топливные элементы
Запуск двигателя в невесомости
Дополнительные двигатели малой ФПД1
тяги для создания
небольшого ускорения
1
Вытеснительная диафрагма
ФПД2
1
Капиллярное заборное
устройство
/
/
ФПДз
\
Пьезоэлектрический
преобразователь
I
Солнечные батареи
Рис. 7.24. Примеры развития ТО путем перехода на микроуровень
Печатная и множительная техника
Жесткие печатные формы
Динамизация
Механическая печатная машинка
Добавление ПЭ
Электрическая печатная машинка
Светокопировальные устройства
Использование электростатических полей
(«Эра», «Вега», «Ксерокс»)
Матричные принтеры
Струйные принтеры
Лазерные принтеры
Рис. 7.25. Смена ФПД множительной техники
Переход на другой ФПД приводит к скачкообразному
качественному изменению техники. Например, для идентификации изделий внача-
v Переход на
f~ другой ФПД

7. Принципы строения и закономерности развития технических систем 173
ле применялись печатные этикетки, затем штрих-коды, магнитные
метки, радиометки. В перспективе вся информация об изделии будет
содержаться в микрочипе. Соответственно, меняется и оборудование для
считывания информации (фотоэлементы, магнитные сканеры, прие-
мо-передающие устройства).
Фонограф Эдисона
Патефон - граммпластинки
Запись звука на фотопленке
Звукозапись
Конструктивная эволюция
Новый ФПД
Конструктивная эволюция,
стадийное развитие - добавление ПЭ
Электрический проигрыватель -
граммпластинки
Магнитофон - магнитная лента
. Новый ФПД
Лазерная запись звука
Рис. 7.26. Смена ФПД записи звука
Последовательные изменения в исходной ТС могут начинаться с
разделения вещества, с объединения его с другим веществом, с
изменения формы, затем — получение веществ с заданной структурой и
другие преобразования (рис. 7.27).
L
Элементарные
частицы
Г*
Молекулы,
атомы, ионы
Агрегаты молекул
А.
Капиллярно-пористые
ионоактивные
материалы
Капиллярно-пористые
материалы
с заданной структурой
Капиллярно-пористый
материал
Дисперсное
Перфорированное
Слоистое, волокнистое,
матричное
Сплошное
(гомогенное)
вещество
Сплошное с одной
полостью
\jr
Рис. 7.27. Схема перехода вещества на микроуровень

174
Раздел 2. Приемы и методы решения технических задач
Переход к новому ФПД, основанному на межмолекулярных,
межатомных взаимодействиях, квантовых эффектах, наноразмерных
структур — приводит к использованию скрытых, глубинных свойств веществ
для реализации физической операции.
Например, на смену лампам накаливания, применяемым в качестве
индикаторов и для подсветки приборов, приходят светодиоды; на смену
электронно-лучевой трубке, в которой электронный луч вызывает
свечение экрана, — жидкокристаллические экраны, в которых жидкий
кристалл поворачивает угол поляризации света в зависимости от
подводимого к нему напряжения.
В ТС все большее применение находят материалы со специальными
свойствами, например, с эффектом памяти формы, изменяющие свой
цвет в зависимости от температуры, фотохромные материалы, —
очки-хамелеоны и др.
Таким образом, новый ФПД образуется не за счет увеличения числа
компонентов ТС в целом, а за счет изменения компонентов и
структуры самого вещества, а также организации их вещественно-полевого
взаимодействия. Это положение хорошо иллюстрируется
достижениями нанотехнологии, в основе которых лежит осуществление локальных
атомно-молекулярных взаимодействий. Объекты таких взаимодействий
имеют размеры от 1 до 100 нм. Многие функции полупроводниковых
устройств сейчас могут быть выполнены благодаря применению
углеродных нанотрубок.
Углеродные нанотрубки — аллотропная форма углерода (после
графита и алмаза). Они представляют собой цилиндры, свернутые из
одной или нескольких графитовых плоскостей толщиной в несколько
атомов. В зависимости от размера и формы они обладают
проводящими или полупроводниковыми свойствами. Нанодиоды и нанотранзи-
сторы, изготовленные на их основе, в сотни раз меньше существующих
транзисторов и диодов. На базе нанотрубок предложено изготавливать
устройства памяти (нанопамять), наноинверторы, наномоторы.
Разрабатываются новые материалы с наноструктурой или с нанорельефом,
обладающие уникальными свойствами: самоочищением,
износостойкостью, цветостойкостью и т. п.
7.3.5. Закономерность свертывания—развертывания
технической системы
Эта закономерность отражает тенденции развития ТС в плане их
структурной перестройки. Как было отмечено в подразд. 7.1.2 (см.
рис. 7.3), одно из направлений повышения степени идеальности ТС —
улучшение выполнения ГПФ, увеличение числа выполняемых функций
при тех же или меньших факторах расплаты. Это достигается созданием

7. Принципы строения и закономерности развития технических систем 175
универсальных ТО, что в процессе конструктивной эволюции приводит
к усложнению ТС.
В ТО главную полезную функцию выполняет непосредственно РО.
Поэтому процесс развертывания ТС начинается с момента рождения
ТС, т. е. создания функционального центра — РО, к которому
добавляются компоненты, улучшающие выполнение ГПФ. При этом
усложняется структура ТС (рис. 7.28).
Развертывание
□ си | ~^Г—=-
((РО -> +Тр) -> + ПЭ) -> + ОУ
Рис. 7.28. Модель свертывания-развертывания ТС
Развертывание ТС продолжается сначала в рамках существующей
конструктивной концепции, а затем и при ее изменении. Это приводит
к увеличению числа компонентов и, следовательно, к усложнению ТО.
Затем новые достижения в науке и технике позволяют отказаться от
ряда узлов в пользу одного, который выполняет несколько функций.
Начинается процесс свертывания ТС, который сопровождается
улучшением выполнения ГПФ.
Таким образом, развертывание ТО — процесс присоединения новых
функциональных компонентов. ГПФ остается та же, но она лучше
выполняется. Главное требование — чтобы в процессе развертывания
происходило повышение потребительных свойств ТО. При этом
происходит усложнение ТО за счет увеличения числа компонентов и связей
между ними.
Следует отметить, что в развитии реальных ТС проявляется сразу
несколько закономерностей (см., например, рис. 7.29).
Процесс свертывания ТО характеризуется тем, что в ТС
уменьшается число компонентов. Функции упраздненных компонентов
передаются другим компонентам или в НС.
Поскольку ГПФ выполняет РО, то упраздняться могут только
компоненты, которые выполняют основные или вспомогательные
функции. Поэтому свертывание ТО происходит в последовательности,
обратной развертыванию. В пределе ТС можно свернуть до РО. Этот
процесс полностью соответствует закону увеличения степени идеальности:
ТС уменьшает свои МГЭ (масса—габариты—энергия) при
одновременном улучшении выполнения ГПФ.
Процесс свертывания может осуществляться как при
конструктивной эволюции ТО, так и в процессе перехода на микроуровень, т. е.

176
Раздел 2. Приемы и методы решения технических задач
Пишущая ручка
Гусиное перо
i-—~
Стальное перо
4^
Авторучка
Бисистема \ 1 —
\ У
IIT \ Шариковая ручка
Шариковая ручка с s* r rJ
колпачком ^ / 1
/ ч Фломастер
Шариковая ручка с \
убирающимся \ Динамизация
стержнем
Доработанный природный
""" материал
__ Конструктивная эволюция -
смена материала
Образование бисистемы
РО + емкость для чернил
V_ Изменение ФПД
Г рабочего органа
J
S
Рис. 7.29. Этапы развития пишущей ручки
при изменении принципа действия некоторых компонентов ТО, что
наблюдается значительно чаще.
Пример 7.24. Сильно свернутая оптическая система. В одном
изобретении для точного определения утла поворота какого-либо объекта
предложено укреплять на нем прозрачную пластинку с голографиче-
ской записью всех возможных углов (в градусах и минутах). Через
пластинку-голограмму пропускают луч света от лазера, который,
преломляясь в пластинке, высвечивает на экране угол поворота прямо в
цифровой информации — без измерителей угла, без считывающих и
преобразующих устройств, без электронных индикаторов и прочих
устройств.
С одной стороны, в соответствии с закономерностью стадийного
развития, к РО добавляются компоненты, происходит усложнение ТО,
он развертывается до полной ТС. Это характерно для этапа
конструктивной эволюции.
С другой стороны, в соответствии с законом повышения
идеальности, для ТС характерно стремление к уменьшению числа
компонентов — свертыванию ТС.
Переход с макро на микроуровень часто сопровождается
объединением функций в одном компоненте (например, в микросхеме
выполнены полупроводниковые датчики и мостовая схема для обработки
сигнала). Число компонентов ТС становится меньше, но каждый из них
становится многофункциональным, т. е. происходит упрощение структуры
ТС, ее свертывание.

7. Принципы строения и закономерности развития технических систем 177
Процессы свертывания и развертывания всегда сопровождаются
появлением точек бифуркации (от лат. bifurcus — раздвоенный), т. е.
разделения, разветвления. Одна часть ТО получает развитие на пути
конструктивной эволюции, другая — по линии динамизации, третья — за
счет перехода на микроуровень. Эти процессы сопровождаются
скачкообразным изменением свойств ТО.
Альшуллер отмечал, что одним из направлений развертывания ТС
является объединение ее с другой ТС, — образование бисистемы,
эффективность которой выше, чем двух слабо связанных систем. Он назвал
этот процесс «переходом в надсистему». Затем возможно образование
полисистем. Альшуллер отмечал также, что эффективность ТС может
быть повышена развитием межэлементых связей, а также «увеличением
различия между элементами», т. е. объединением систем с
противоположными свойствами (рис. 7.30). Действительно, линия развития:
«моно — би — поли — новая свернутая система» прослеживается у
многих ТО. Например, повышение скорострельности оружия шло по линии:
одноствольное ружье (пистолет) — двуствольное — многозарядная
винтовка (револьвер) — карабин — пулемет, автомат.
и т. д.
Рис. 7.30. Схема развития ТС
Синтез би- и полисистем может быть получен объединением:
однородных ТС; систем со смещенными характеристиками; систем с
противоположными свойствами.

178
Раздел 2. Приемы и методы решения технических задач
Пример 7.25. «Активная броня». В начале 40-х годов XX в. велись
исследования по созданию броневой стали. Во Всесоюзном институте
авиационных материалов (ВИАМ) была создана так называемая
экранная броня. «При ударе о первую преграду (экран) пуля или снаряд
теряют силу и разрушаются на отдельные куски, которые, ударяясь о
вторую преграду, уже не разрушают ее. Это наиболее эффективное
средство повышения живучести и защиты самолетов было известно
также под названием "активной брони". Обладая значительно
меньшим весом, в сравнении с гомогенной системой защиты
бронированием, экранная броня при таком же пределе "тыльной" прочности
обеспечивала надежную защиту экипажа боевых самолетов в зоне большей
насыщенности огнем противника» [96].
Пример 7.26. Протектированные баки. Для повышения боевой
живучести самолетов на топливные баки из алюминиевых сплавов
устанавливали протектор из резины. В простреленном протектированном баке
резина набухала в бензине, и отверстие затягивалось [96].
Следует еще раз подчеркнуть, что объединение ТС, как правило,
приводит к появлению синергетического эффекта. Процессы
развертывания и свертывания органически переплетаются при
совершенствовании ТО, подчиняясь главной цели — повышению потребительной
стоимости ТО.
Пример 7.27. Развертывание фрезерного станка. На рис. 7.31
показана схема развития фрезерного станка. Необходимо отметить, что это
развитие сопровождалось расширением технологических
возможностей: точности обработки, увеличением числа одновременно
управляемых координат в оборудовании с числовым программным управлением
(ЧПУ); повышением производительности труда.
Ось вращения шпинделя вертикально-фрезерного станка
расположена вертикально и перпендикулярно плоскости стола. Одним из
первых усовершенствований вертикально-фрезерного станка было
устройство поворота шпинделя — линия динамизации. Это увеличило его
технологические возможности.
Оснащение фрезерного станка электромеханическими и
гидрокопировальными устройствами существенно повысило точность и
производительность обработки — развертывание ТС.
Большим прогрессом было оснащение фрезерного станка числовым
программным управлением (ЧПУ). Это можно рассматривать как
образование бисистемы с переходом на новый принцип управления. Оно, в
свою очередь, привело к созданию автоматизированных систем
подготовки управляющих программ для оборудования с ЧПУ. Импульсы,
записанные на магнитной ленте, считывались магнитной головкой,
усиливались и поступали на шаговый электродвигатель (ШД). Но
требования к приводу стола фрезерного станка таковы, что он должен создавать
большие усилия и небольшую скорость перемещения. Если сделать
ШД, создающим большой крутящий момент, то он получится
громоздким, тяжелым, а это уменьшит его быстроходность — он потеряет
точность при отработке команд. Поэтому ШД сделали быстроходным, лег-

7. Принципы строения и закономерности развития технических систем 179
Фрезерный станок (ФС) с ручным управлением
Развертывание
ФС с копировальным устройством
1
Развертывание с переходом на другой принцип действия
. ф
ФС с числовым программным управлением (ЧПУ): Устройство
подготовки
ФС + привод ЧПУ + магнитофон <— магнитная лента
=А=
управляющей
программы
tf
Шаговый двигатель (ШД)
+ гидроусилитель (ГУ)
^
Развертывание с переходом на
другой принцип
J
у х Устройство
+ ФС + (ГУ + ШД) + Дешифратор <— перфолента подготовки
+ управляющей
+
Магазин инструментов
программы
ФС + (ГУ + ШД) + Дешифратор <— перфолента +
Устройство
подготовки
управляющей
программы
V Свертывание t
Высокомоментный
электродвигатель
ЭВМ
Переход на другой принцип действия
Развертывание
Обрабатывающий
-. + OLb
центр 1
центр
+
Промышленный
робот
САПР >
технологических
ОЦд, процессов
Система
автоматизированной
+ ЭВМ + Автоматизированный разработки
склад управляющих
программ
Рис. 7.31. Схема развития ТС для фрезерной обработки
ким, но он не напрямую управлял перемещением стола, а через
гидромотор. Станок оснастили емкостью с маслом (порядка 100 л) и мощным
гидромотором. Габариты станка резко увеличились {развертывание).
Затем на смену ШД, работающему совместно с гидроусилителем,
пришел высокомоментный электродвигатель (свертывание части
системы). Новый принцип управления потребовал введения в систему
датчиков обратной связи. Система управления с ШД была разомкнутой.
Свертывание системы в одном месте привело к развертыванию ее в
другом месте.
Аналоговая форма записи программы (импульсы, записанные на
магнитной ленте) была заменена кодированной, записанной на
перфоленте. Это привело к тому, что в системе управления станка появился
дешифратор (развертывание).

180
Раздел 2. Приемы и методы решения технических задач
Затем к станку добавили магазин инструментов (развертывание),
позволяющий существенно увеличить технологические возможности
оборудования и повысить производительность обработки.
Развитие вычислительной техники привело к усложнению
аппаратуры управления станком. Управляющая программа стала храниться
непосредственно в ЭВМ станка, что позволило существенно сократить
время ее отладки.
Следующий этап развертывания связан с созданием гибких
автоматических переналаживаемых линий, включающих несколько станков с
ЧПУ и центральную ЭВМ, которая решает также и задачи
планирования, обеспечивая полную загрузку всех рабочих мест.
Весьма эффективные решения бьши получены объединением ТС
с биологическими объектами.
Пример 7.28. Люцерна. В Чехословакии над газопроводом
высаживают люцерну. При воздействии даже малейшего количества газа
люцерна меняет свой цвет. С вертолета делают снимки посевов и
определяют место утечки [21].
Пример 7.29. Грифы определяют места утечки газа. В США утечку
газа из труб газопровода выявляют с помощью грифов. В природный
газ добавляют химическое вещество с запахом тухлого мяса. Грифы,
питающиеся падалью, начинают кружиться над местом утечки.
Пример 7.30. Муха в качестве индикатора рудничного газа. Для
улавливания рудничного газа в шахтах создана биоавтоматическая система,
в которой работу основного блока выполняет живая муха. К ее
головным ганглиям присоединены микроэлектроды от осциллографа. Даже
от незначительного присутствия в воздухе ядовитого газа в нервных
узлах мухи возникают характерные импульсы, которые передаются на
экран осциллографа [94].
Пример 7.31. Микробы съедают краску с банок. Получен штамм
микробов, съедающих краску с пустых алюминиевых банок. На это
уходит примерно 30 мин. Затем чистый алюминий отправляют в
переплавку. Применение бактерий заменит существующие технологии, при
которых краску удаляют сжиганием (при этом сгорает 15 % металла и
загрязняется воздух) или отмывают органическими растворителями,
что вредно для здоровья.
Пример 7.32. Бактерии участвуют в добыче металлов. В бедных
металлургических выработках в специальных отстойниках разводят
колонию тионовых бактерий, переводящих медь в раствор. Раствор,
насыщенный бактериями, закачивают в пробуренные скважины и затем
поднимают на поверхность. Простой химической обработкой из
раствора получают чистую медь. Аналогично используют серобактерии,
железобактерии. С помощью литотрофных бактерий в США получают
10 % от общего объема всей производимой в стране меди [21, 33].

7. Принципы строения и закономерности развития технических систем 181
Таким образом, динамизация, свертывание—развертывание,
переход на другой принцип действия — все это отдельные аспекты,
характеризующие сложный процесс развития ТС.
7.3.6. Закономерность взаимосвязанного и неравномерного развития
Суть этой закономерности заключается в том, что прогресс одной
отрасли техники (или определенного класса ТО) способствует развитию
других отраслей (или классов ТО), он является стимулом для внедрения
научных и технических достижений, полученных в других отраслях.
Например, потребность в материалах со специальными свойствами
привела к созданию композитных материалов, а это, в свою очередь,
потребовало разработки технологии производства: теории, методов и
технологического оснащения изготовления конструкций из
композитных материалов, разработки методов и средств контроля их качества.
Создание и развитие вычислительной техники, первоначально
предназначенной для автоматизации вычислительных работ, привело к
развитию новой отрасли науки — информатики, к созданию новых
принципов хранения, обработки и обмена информацией, организации средств
связи, развитию новых видов технологического оборудования с
числовым программным управлением и т. д.
Пример 7.33. Производство кольчугалюминия. В 1922 г. в России
началось освоение производства листов, лент, прутков, проволоки из
отечественного сплава, получившего название кольчугалюминия (см.
пример 3.1). Первые годы заводы работали на импортном сырье, покупая
чушки и слитки в Германии.
Нужно было найти сырье внутри страны. С пуском в эксплуатацию
Волховской и Днепровской гидростанций появилась электроэнергия,
необходимая для выработки алюминия. Была создана металлургическая
промышленность алюминиевых сплавов, без которой невозможно было
развивать авиационную технику.
Достижения одной отрасли техники постепенно начинают
использоваться в других отраслях. Технические устройства, созданные для
выполнения определенных функций, начинают находить применение в
различных областях. Расширяется область применения
материализованных принципов действия. Созданные в одной области принципы,
методы, ФПД и устройства со временем находят применение в ТО
других областей. Например, ультразвуковые колебания нашли широкое
применение в гидролокации морского дна, поиске косяков рыб,
диагностике материалов, в том числе и живых тканей, сварке, очистке
изделий, в лечебной практике и т. д.
Внедрение новшеств в ТС направлено на усиление ее полезных
свойств. Все компоненты, как правило, не совершенствуются,
совершенствуется один, а остальные изменяются так, чтобы была достигнута

182
Раздел 2. Приемы и методы решения технических задач
согласованность их работы. Это приводит к неравномерности развития
компонентов ТС. Закономерность взаимосвязанного развития
нацеливает разработчика на проведение анализа последних достижений в
смежных отраслях науки и техники для того, чтобы использовать их в
своей разработке.
Однако Г. И. Иванов отмечает, что у этого закона есть еще один
важный аспект [51]: «... Цицерон говорил: "Во всяком войске есть тот,
кто идет впереди".
В технической системе впереди идет рабочий орган... .
Часто изобретатели совершают ошибку, упорно развивая двигатель,
трансмиссию, управление, но не рабочий орган. Никогда такая техника
не дает значительного прироста экономического эффекта...».
Действительно, история техники показывает, что существенный
прорыв в техническом прогрессе всегда наблюдался при
совершенствовании РО. И это, как правило, происходило при переходе на другой,
более совершенный принцип действия. Например, замена
хирургического скальпеля на луч лазера позволила осуществлять немыслимые
ранее операции. Пайку жалом паяльника все чаще заменяют
бесконтактной лучевой пайкой или пайкой горячим воздухом.
В металлообработке можно наблюдать, как интенсивно
совершенствуются привод, трансмиссия, органы управления (см. например,
рис. 7.31) — все это направлено на повышение производительности и
расширение технологических возможностей обработки. Однако
значительный вклад в повышение ГПФ давало совершенствование РО:
внедрение твердого сплава в качестве режущей части (например, Т15К6),
эльбора, применение инструмента с изменяемой геометрией,
наложение ультразвуковых колебаний на режущий инструмент и, наконец,
изменение принципа действия: электрофизические и электрохимические
методы обработки, повышение технологических характеристик
процессов объемного формования, порошковой металлургии для изготовления
деталей.
Таким образом, желательно, чтобы концептуальное решение РО
опережало в своем техническом развитии все остальные компоненты
ТС, как в смысле уровня выполнения функции, так и по физическому
принципу. При выполнении этого условия прогрессивное решение РО
потребует согласования с ним технических характеристик всех
остальных компонентов ТС, что также повлечет за собой их
усовершенствование.
Графически закономерность опережающего развития РО и
свертывания-развертывания представлена на рис. 7.32.
При создании новых ТО использование этой закономерности
предполагает исследование возможностей применения научных и
технических достижений, полученных в других областях, особенно тех,
которые к моменту начала создания ТО уже получили бурное развитие и
имеют широкую производственную базу.

7. Принципы строения и закономерности развития технических систем 183
й'
Я
и
3
я
о
«
о
Я
Ж
X
о
н
Развертывание
( РО )
пэ1
Зтап конструктивной эволюции
У при сохранении ФПД
/ ^ ч РО
i \ __———-->
! ^Ч_= '
•— j / / Свертывание
Тр / У
т1 р2 Время
>.
Качество выполнения ГПФ
Рис. 7.32. Иллюстрация закономерности опережающего развития РО
Пример 7.34. Самолет «Сталь-2». В начале 30-х г. XX в. был
выпущен пассажирский самолет «Сталь-2». Основным конструкционным
материалом была сталь «Энеж-6» в виде различных профилей.
Обшивка самолетов была полотняная [96].
Закономерность взаимосвязанного развития послужила Альтшулле-
ру основой для разработки сильного инструмента исследования
технических решений. Его называют системным оператором или
многоэкранным (полиэкранным) мышлением (рис. 7.33).
Прошлая
надсистема
Прошлая
система
Прошлая
подсистема
Генезис
Генезис
<
Генезис
Надсистема
Техническая
система
Подсистема
н *"
н
я
ш
3
о
о
^ а.
S
О
о
го '
Будущая
надсистема
Будущая
система
Будущая
подсистема
Рис. 7.33. Схема многоэкранного мышления
Альтшуллер отмечал: «Талантливое воображение одновременно
зажигает три экрана: видны надсистема (группа деревьев), система
(дерево), подсистема (лист). Конечно, это минимальная схема. При
необходимости включаются и другие экраны: наднадсистема (лес) и подпод-

184
Раздел 2. Приемы и методы решения технических задач
система (клетка листа). А главное, все это видно в развитии, потому,
что работают боковые экраны, показывающие прошлое и будущее на
каждом уровне. Девять (минимум девять!) экранов системно и
динамично отражают системный и динамичный мир» [4].
В качестве подсистем в первую очередь следует рассмотреть РО,
ПЭ, ОУ, Тр, затем другие компоненты, выполняющие вспомогательные
и дополнительные функции.
Закономерность взаимосвязанного развития совместно с законом
повышения степени идеальности и закономерностью
свертывания—развертывания позволяет представить, каким должно быть идеальное
техническое решение, ИКР, в каком направлении необходимо
продвигаться от прототипа, в какой компонент надо стремиться свернуть ТС.
7.3.7. Закономерность спирального развития техники
В истории развития техники многократно наблюдались случаи
использования принципов действия, которые когда-то давно
применялись, а затем от них отказались по каким-либо причинам. Но наступает
время когда этот принцип действия или способ возрождается на новой
основе, на более высоком техническом уровне.
Например, реактивные снаряды использовались английским
флотом в 1807 г. при штурме Копенгагена, русской армией во время
Крымской войны в 1853 г. при штурме крепости Ак-Мечеть. Затем этот
принцип действия не получил широкого применения, практически был
забыт до Второй мировой войны. Во второй половине XIX в. перестали
использовать гладкоствольные орудия, заряжаемые с дула, — их
заменили нарезные орудия, заряжаемые с казенной части. В 30-х годах
XX в. появились гладкоствольные минометы, заряжаемые с дула.
Пример 7.35. Авиационная фанера — композитный материал (КМ).
До середины 20-х годов XX в. основными конструкционными
материалами самолетов были сосна, авиационная фанера и полотно [96]. Для
изготовления фанеры использовались казеиновые и альбуминовые
клеи. В районах с повышенной влажностью конструкции поражались
гнилостными грибками. Для борьбы с этим явлением были изысканы
антисептики для пропитки древесины.
В середине 20-х годов XX в. началось производство металлических
конструкций, которые постепенно, по мере развития производства
алюминиевых сплавов и освоения технологии изготовления
конструкций вытесняли деревянные. Потребовалось более 20 лет упорной
работы ученых, чтобы преодолеть трудности, связанные с освоением и
применением высокопрочных сплавов.
В середине XX в. начали применять композитные материалы:
сначала для изготовления деталей интерьера самолета, затем — для
изготовления силовых конструкций. Но фанера тоже композитный
материал, только его так тогда не называли.

7. Принципы строения и закономерности развития технических систем 185
В конце 30-х годов XX в. была создана бакелитовая фанера, в
которой использовался фенольно-формальдегидный клей. Была
разработана технология изготовления обшивок самолета методом выклейки из
древесного шпона на синтетических клеях, с применением резиновых
мешков, при помощи которых создавалось давление при склейке.
К этому же времени относится создание высокопрочного древесного
пластика — дельты-древесины, представляющей собой склеенный фе-
нольно-формальдегидным клеем марки ВИАМ-Б-3 слоистый материал
из березового шпона. Этот материал обладал высокой удельной
прочностью, и применялся для изготовления лонжеронов
самолетов-истребителей.
Таким образом, основы технологии изготовления конструкций
из современных композитных материалов закладывались еще в 30-х
годах XX в.
В настоящее время применяются волокнистые композитные
материалы на основе стеклянных, углеродных, органических волокон с
использованием различных связующих: эпоксидных, фенольных,
полиэфирных и других смол.
Армированные КМ представляют собой металлическую или
полимерную матрицу, упрочненную высокомодульными волокнами бора и
углерода, карбидов и нитридов металлов, а также высокопрочными
волокнами металлов или дисперсными частицами кислородных
соединений, которые обладают высоким модулем упругости, прочностью,
жесткостью, жаропрочностью. Например, композитный материал —
алюминий, армированный бороволокном (50 % объема), обладает прочностью
110...1200 МПа (ПО...120 кг/мм2). (У самых высокопрочных
конструкционных алюминиевых сплавов 500...550 МПа (50...55 кг/мм2).) Его
модуль упругости составляет 250000 вместо 70 000 МПа, а предел
усталости — 600 МПа, вместо 150...160 Мпа у применяемых в настоящее
время алюминиевых сплавов.
Развивается система методов прогнозирования сроков службы
полимерных материалов. Без этого невозможно широкое применение КМ
в конструкциях.
В армированных КМ принципиально новым является то, что
материал становится все более конструктивно чувствительным. Если
раньше одним из основных требований к материалам было обеспечение
максимальной равномерности свойств во всех направлениях, то
главным условием дальнейшего совершенствования конструкции является
использование анизотропии для формирования механических свойств
в нужном направлении с учетом особенностей работы конкретных
конструкций. Размещением и ориентацией в пространстве
армирующих волокон можно существенно улучшить работоспособность
конструкции.
Анизотропия свойств материала, с которой ранее боролись, в
настоящее время становится средством для создания принципиально
новых конструкций.
Таким образом, развитие техники идет, образно говоря, по спирали,
возвращаясь в своем развитии к старым решениям, но на следующем
витке — на более высоком техническом уровне. Недаром в жизни быту-

186
Раздел 2. Приемы и методы решения технических задач
ет афоризм «Все новое — это хорошо забытое старое». Поэтому каждому
специалисту необходимо знать историю развития техники не только в
своей области, но и в смежных отраслях, систематизировать принципы
действия, которые применялись в различных технических решениях, в
том числе, и ранних, и это позволит находить новое их применение.
Вопросы для самопроверки
1. В чем заключается эвристическая ценность таких идеализирующих абстракций как
идеальный конечный результат, идеальное техническое решение?
2. В чем разница конструктивного и функционального подходов повышения
идеальности?
3. Перечислите приемы функционального подхода для повышения идеальности ТО.
4. В чем заключается сущность принципа соответствия функции и структуры?
5. В чем разница проявления принципа энергетической проводимости для ТО 1-й
и 2-й групп?
6. В каких аспектах можно рассматривать принцип энергетической проводимости?
7. В чем эвристическая ценность принципа энергетической проводимости?
8. Назовите виды согласований в ТО.
9. В чем заключается эвристическая ценность принципа согласования-рассогласования?
10. В чем заключается принцип П. Кюри? Как его использовать при решении задач?
11. Как используется закономерность стадийного развития при решении технических
задач?
12. Какое практическое значение имеет знание закономерности конструктивной
эволюции?
13. В чем сущность динамизации ТС?
14. В чем заключается закономерность перехода с макро на микроуровень?
15. Что означает выражение: «вытеснение человека из ТС»?
16. Приведите примеры свертывания-развертывания ТС и поясните смысл этого перехода.
17. Что дает знание закономерности свертывания-развертывания?

8. ПРОТИВОРЕЧИЯ ПРИ РЕШЕНИИ
ТЕХНИЧЕСКИХ ЗАДАЧ
Решение любой технической задачи начинается с анализа проблемы.
Результатом этого анализа является постановка и формулировка задачи,
которую нужно решать. В проблеме обычно описывается необходимость
создания некоторого ТО для удовлетворения определенной
потребности, приводится соответствующая аргументация этой необходимости,
описываются функции, которые должен выполнять этот ТО;
требования, которые к нему предъявляются.
Каждый потребитель той или иной продукции характеризуется
определенными свойствами. На основе анализа свойств потребителей можно
определить набор требований, которым должна удовлетворять
продукция, предназначенная для удовлетворения потребностей. Любую
продукцию можно охарактеризовать набором определенных свойств. Часть
этих свойств, которые отвечают требованиям, предъявляемыми
потребителем, составляют потребительные свойства продукции (рис. 8.1).
Поэтому прежде чем создавать тот или иной продукт необходимо, с одной
стороны, сформулировать требования, которым он должен
удовлетворять, с другой стороны, оценить возможности создания продукта с
требуемыми свойствами.
Mil/
Требования к Свойства
Продукция
' п\ \ч
Свойства / Потребительные
продукции свойства продукции потребителей
Рис. 8.1. Схема взаимосвязи свойств потребителя и свойств продукции
Если есть потребность в создании продукции с определенными
потребительными свойствами, но неизвестно как ее удовлетворить, то
возникает проблемная ситуация (ПС).
Описание ПС — это, с одной стороны, формулирование
потребностей, функций, которые нужно выполнить и, с другой стороны,
описание тех факторов, которые мешают удовлетворить эти потребности или
реализовать функции.

188
Раздел 2. Приемы и методы решения технических задач
Проблема может заключаться в том, что не видно путей как
удовлетворить потребность или как реализовать выполнение требуемой
функции. Проблема появляется и в случае несоответствия между
требованиями, предъявляемыми потребителями, и имеющимися техническими
возможностями. Тогда ставится задача по поиску ресурсов для
разрешения ПС (рис. 8.2). Например, как создать телевизор с объемным
изображением, как эффективно бороться с лесными пожарами,
автомобильными пробками?
ПС, в которой не видно
пути ее разрешения
1
Поиск ресурсов:
веществ, полей, ФТЭ,
ФПД, системных
эффектов
Рис. 8.2. Два вида проблемной ситуации:
НЭ — нежелательный эффект; ПС — проблемная ситуация
ПС может заключаться также в том, что намечаемый способ
достижения цели (например, реализации требуемой функции) или
найденные ресурсы приводят к появлению таких нежелательных эффектов
(НЭ), факторов расплаты, которые недопустимы.
НЭ может быть связан, во-первых, с тем, что за реализацию
функций, которые должен выполнять ТО, надо платить. Факторами
расплаты являются различные затраты: на создание, эксплуатацию и
утилизацию ТО, материальные, трудовые, затраты времени. Во-вторых, НЭ
могут проявляться в виде вредных свойств (функций), которые возникают
при создании или функционировании ТО. Например, при создании
некоторого технологического процесса, выясняется, что он оказывает
вредное воздействие на человека (электромагнитные излучения,
вибрации и т. д.) или загрязняет окружающую среду, приводит к исчерпанию
ресурсов и др. При этом возникает проблема, как выполнить
требуемую функцию и не допустить появление НЭ (см. рис. 8.2).
В соответствие с законом повышения степени идеальности, задача
ставится так, что полезная функция должна выполняться, а факторов
расплаты, НЭ быть не должно.
Задачи, в описании которых отражается несовместимость
требований, предъявляемых человеком к создаваемой ТС, представляют собой
описания проблемной ситуации в форме противоречия.
Проблема
ПС в форме
противоречия
I
Приемы разрешения
противоречий

8. Противоречия при решении технических задач
189
К противоречиям относится также проблемная ситуация, в которой
предъявляемые требования к продукции не могут быть удовлетворены
из-за появления недопустимых НЭ. В противоречиях может отражаться
несовместимость требований, предъявляемых к ТО, и ограничений,
которые определяются законами природы, юридическими и
экономическими законами, социальными нормами (например, нормами морали).
Первоначальная формулировка проблемы в общем случае
выражается следующими терминами: потребность, цель, функция,
нежелательные эффекты, технические и потребительные свойства продукции. Она
носит социально-технический характер. Поэтому такое описание
проблемы можно назвать социально-техническим противоречием.
Пример 8.1. Проблема определения площади крыла самолета. При
проектировании пассажирского самолета с более высокой скоростью,
чем прототип, можно уменьшить площадь крыла (при том же полетном
весе). Это связано с тем, что с увеличением скорости увеличивается
v2
скоростной напор р— и, следовательно, для создания той же подъем-
v2
ной силы крыла 7кр = СУк р — S^ (где Су — коэффициент подъемной
силы крыла; р — плотность воздуха; v — скорость полета; ^ф —
площадь крыла), можно уменьшить площадь крыла (SKp).
Это желательно сделать, так как чем меньше площадь крыла, тем
меньше сопротивление трения и, следовательно, меньше расход
горючего. Однако при уменьшении площади крыла падает подъемная сила
при малых скоростях полета. Поэтому нужно увеличить посадочную
скорость самолета, а это приведет к увеличению длины разбега и
торможения, и, следовательно, к потребности увеличить
взлетно-посадочную полосу, что недопустимо.
Если ТО создан, то часто ставится задача улучшить выполнение его
ГПФ. Мероприятия, направленные на улучшение ГПФ, как правило,
сопровождаются появлением НЭ.
Совершенствование ТО направлено на то, чтобы приблизиться к
идеальному техническому решению, но этому мешают законы природы
и возникающие факторы расплаты. Таким образом, стремление к
созданию некоторой полезной функции или улучшению ее выполнения,
с одной стороны, и стремление избавиться от НЭ (факторов расплаты),
с другой стороны, являются источником противоречий.
Альтшуллер назвал такие проблемные ситуации административным
противоречием. Следует отметить, что термин «административное
противоречие» больше подходит к проблемным ситуациям социотехниче-
ских систем, при решении задач бизнеса и управления коллективами.
При решении технических задач термин социально-техническое
противоречие, предложенный в работе [29], точнее отражает суть проблемной
ситуации.

190
Раздел 2. Приемы и методы решения технических задач
Социально-технические противоречия только обозначают проблему
и, в ряде случаев, дают некоторое обоснование ее возникновения.
Формулирование социально-технических противоречий — один из
вариантов более общего приема поиска решения — переформулирования
условий задачи (см. гл. 2), это модель задачи, в которой раскрываются
полезные и нежелательные эффекты или явления в рассматриваемой
проблемной ситуации.
8.1. Операционное противоречие
Разрешение проблемной ситуации, которая описывается в форме
социально-технического противоречия, можно осуществить, как
правило, в двух направлениях (рис. 8.3).
ПС в форме
социально-технического
противоречия
Первое направление
Второе направление
Изменить рассматриваемую систему или ее
взаимодействие с НС, чтобы отпала
необходимость в функции, описанной в ПС
Разработать способ и
устройство для выполнения
требуемой функции
ПС[
ПС2
Рис. 8.3. Два варианта выхода из ПС
Эти два направления позволяют сформулировать две технические
задачи, решения которых приведут к разрешению ПС. Однако каждая
из сформулированных задач содержит в себе новую проблемную
ситуацию (nCi и ПСг соответственно).
ПС]. Как изменить рассматриваемую систему или ее
взаимодействие с НС, чтобы отпала потребность в выполнении этой функции?
ПСг- Что должно представлять собой устройство, для выполнения
требуемой функции и как при этом избежать факторов расплаты?
Такие проблемные ситуации часто возникают на начальном этапе,
когда намечается некоторый план решения проблемы, при
формировании идеи, принципа действия для реализации полезной функции ТО
или его компонентом, или при попытке улучшить некоторые
функциональные характеристики ТО.

8. Противоречия при решении технических задач
191
Например, если на предприятии возникла проблема утилизации
отходов производства, то разрешение этой ПС возможно в двух
направлениях: организовать безотходное производство или разработать
технологию и средства для утилизации отходов.
Любая продукция, предназначенная для удовлетворения
потребностей, характеризуется многими свойствами: экономичностью,
надежностью, эргономичностью, эстетичностью, патентоспособностью,
транспортабельностью, безопасностью, экологичностью, технологичностью
и т. д. Для некоторых видов продукции весьма важными показателями
являются: масса конструкции, плотность компоновки, энергоемкость,
мощность, производительность, время срабатывания механизмов,
точность отработки параметров и т. д.
Все показатели, влияющие на потребительные свойства ТО, можно
разделить на две группы: показатели, характеризующие качество
выполнения техническим объектом главной полезной функции, и показатели,
характеризующие факторы расплаты (НЭ) за выполнение ГПФ.
Стремление улучшить одни характеристики продукции часто
приводит к ухудшению других. По крайней мере, на этапе анализа проблемы
и постановки задач не видно путей, как сделать так, чтобы при
улучшении одних свойств не ухудшались бы другие, тоже весьма важные, и не
увеличивались бы факторы расплаты. В проектно-конструкторских и
технологических задачах обнаруживается противоречивость многих
свойств, например, точность и производительность в технологии
обработки материалов; масса, надежность и стоимость; устойчивость и
управляемость ТО и др. Например, один из способов увеличения
надежности летательных аппаратов (потребность) — создание резервных
систем и агрегатов, а это приводит к увеличению массы аппарата, что
недопустимо, так как увеличиваются затраты на выполнение задания —
факторы расплаты за выполнение ГПФ. В технологии производства
мероприятия, направленные на повышение производительности
обработки, часто приводят к ухудшению качества продукции. Если один из
двух вариантов технологии при лучшем качестве позволяет обеспечить
и большую производительность, то он вытесняет второй вариант; в
этом случае проблемной ситуации нет.
Проблемная ситуация, которая сводится к тому, что действия,
направленные на улучшение одного свойства ТС, приводят к ухудшению
другого важного свойства, можно назвать операционным
противоречием, так как оно соответствует операционному стилю мышления (см.
рис. 5.3).
Таким образом, операционное противоречие (ОП) описывает
ситуацию, когда изменение некоторого параметра X приводит к появлению
положительного эффекта, которое ведет к улучшению одного
потребительного свойства, но это сопровождается появлением и НЭ,
обуславливающих ухудшение другого потребительного свойства (рис. 8.4).

192
Раздел 2. Приемы и методы решения технических задач
Положительный,
эффект
Увеличение
параметра X
J.
Цель 1 -
улучшить
Не допустить
НЭ
Потребительное
свойство i
(параметр качества)
Не допустить
НЭ
Потребительное
свойствоj
(параметр качества)
Уменьшение
параметра X
Положительный
эффект
Рис. 8.4. Схема операционного противоречия:
НЭ — нежелательный эффект (явление)
Пример 8.2. Набор инструментов слесаря. Увеличение числа
инструментов (параметр X) в слесарном наборе улучшает возможности
дифференцированного воздействия на изделие, но ухудшает условия
работы с набором, который становится более громоздким, тяжелым,
следовательно, его неудобно переносить.
Пример 8.3. Литейный уклон. Чем больше литейный уклон
(параметр X) на модели, тем легче извлечь ее из песчаной формы при
формовке, но при этом увеличиваются припуски на обработку резанием
литой заготовки.
Для этой проблемы можно сформулировать два варианта
операционного противоречия.
ОЩ. Увеличивая литейный уклон мы облегчаем процесс
изготовления песчаной формы, но при этом увеличиваются затраты на
обработку резанием литой заготовки.
ОП2. Уменьшая литейный уклон мы снижаем затраты на обработку
заготовки, но при этом усложняется процесс изготовления песчаной
формы.
Такие противоречия Альтшуллер назвал техническими
противоречиями см. (см. приложение ШЗ) и предложил серию приемов их
разрешения (см. приложение П14). Внимательный просмотр этих приемов
способствует активизации мышления, срабатыванию аналогий при
поиске способов решения задачи.
Формулирование операционного противоречия позволяет
вычленить положительные и нежелательные эффекты для того, чтобы
провести анализ причин появления нежелательных эффектов, и, тем
самым, активизирует мышление на поиск возможных направлений
поиска решения проблемы.
Для исследования сложных ТО необходимо подробно описать,
каким образом изменение одного параметра, направленное на улучшение

8. Противоречия при решении технических задач
193
одного потребительного свойства, приводит к ухудшению другого
потребительного свойства. Эти рассуждения можно представить в виде
цепочки причинно-следственных связей [29]:
• улучшаемое свойство;
• мероприятия по улучшению свойства;
• нежелательные последствия от намечаемых мероприятий;
• ухудшение другого свойства.
Это дает возможность наглядно представить взаимосвязь и
взаимообусловленность положительных и нежелательных эффектов при
реализации того или иного мероприятия.
Полученная цепочка причинно-следственных связей позволяет
поставить ряд частных задач: «Как можно сохранив положительный
эффект устранить НЭ?» Здесь используется такая мыслительная операция
как изолирующая абстракция, разработчик отвлекается от всех
остальных факторов, и рассматривает какими способами можно решить
каждую частную задачу. Таким образом можно получить спектр возможных
решений.
Пример 8.4. Повышение производительности токарной обработки.
Анализ доступных ресурсов позволяет наметить два мероприятия
(табл. 8.1). Однако они будут приводить к появлению НЭ, связанных, с
одной стороны, с увеличением затрат и, с другой стороны, с
ухудшением качества получаемой детали.
Таблица 8.1. Пример появления НЭ от предложений по повышению производительности
токарной обработки
Мероприятия
Увеличить скорость
резания
Увеличить подачу
инструмента (So)
Нежелательные эффекты
влияющие на качество детали
Увеличится температура
заготовки
Могут произойти структурные
изменения в материале
заготовки
Увеличится шероховатость
обработанной поверхности
(рис. 8.5)
экономические
Увеличится температура
инструмента
Уменьшится стойкость
инструмента
Повысятся затраты на
инструмент и наладку оборудования
Дополнительная операция
(шлифование)
В табл. 8.1 просматриваются следующие операционные
противоречия:
ОПь Для повышения производительности труда нужно увеличить
скорость резания. Но при этом увеличивается температура резца.
Период стойкости инструмента уменьшается и, следовательно,
увеличиваются затраты на обработку;
ОП2. Для повышения производительности труда нужно увеличить
скорость резания. Но при этом увеличивается температура заготовки.

194
Раздел 2. Приемы и методы решения технических задач
X*
Y ^
Подача 5
<
Образование
поперечной
шероховатости
Рис. 8.5. Эскиз токарной обработки:
5о — подача на один оборот вращения заготовки
В материале заготовки будут происходить структурные изменения и,
следовательно, снизится качество детали;
ОПз- Для повышения производительности труда нужно увеличить
подачу инструмента. Но при этом увеличится шероховатость
поверхности и, следовательно, снизится качество детали.
Сформулированные ОП позволяют наметить локальные задачи по
их устранению, т. е. ставятся задачи устранить нежелательные
эффекты, сохранив положительные.
Эту процедуру авторы работы [29] назвали «оператор отрицания».
Для реализации этого оператора предложена модель, в которой
строится цепочка причинно-следственных связей полезных и нежелательных
эффектов, и ставятся задачи по устранению НЭ (рис. 8.6).
Задача: Повысить производительность токарной обработки
Локальные задачи
с применением
оператора
отрицания
Первоначальные предложения:
при уменьшении
скорости резания
при снижении
температуры
резца
1.1. Увеличить
скорость резания
1.2. Увеличится
температура
резца.
2.1. Увеличить
подачу инструмента
НЭ:
2.2. Увеличится
шероховатость
поверхности
Локальные задачи
с применением
оператора
отрицания
при уменьшении
подачи инструмента
при этом стойкость
инструмента
увеличивается (или не
уменьшается)
2.3. Снизится
качество детали
при снижении
шероховатости
поверхности
1.3. Уменьшится
стойкость
инструмента
\
1.4. Увеличатся затраты
на инстумент и наладку
оборудования
Рис. 8.6. Схема построения цепочки причинно-следственных связей и постановка локальных
задач с применением оператора отрицания

8. Противоречия при решении технических задач
195
Применение оператора отрицания позволяет определить область
поиска возможных решений, сформулировать частные задачи:
Частные задачи
Как увеличить производительность, не
увеличивая скорость резания?
Как сделать так, чтобы при увеличении
скорости резания температура резца и заготовки
не увеличивалась?
Как при увеличении температуры резца
сделать так, чтобы его стойкость не
уменьшалась?
Как увеличить производительность, не
увеличивая подачи?
Как сделать так, чтобы при увеличении
подачи, шероховатость поверхности не
увеличилась?
Возможные решения
Применить несколько одновременно
работающих резцов
Применить смазочно-охлаждаюшую
жидкость (СОЖ)
Изменить материал режущей части
инструмента
Применить несколько одновременно
работающих резцов
Применить зачистной резец Колесова,
(задний угол резца в плане составляет несколько
градусов)
Здесь используется прием, который предложил Д. Пойа [88] —
разбить задачу на части. Частную задачу иногда легче решить. Общее
решение поставленной задачи будет представлять собой синтез решенных
частных задач.
Операционные противоречия, приведенные в примере 8.4, можно
переформулировать в следующем виде:
1) скорость резания должна быть большая для повышения
производительности обработки, и она не должна быть большая, чтобы не
увеличивалась температура резца и заготовки;
2) подача должна быть большая для повышения
производительности обработки, и она не должна быть большая, чтобы не увеличивалась
шероховатость поверхности.
В этих высказываниях описываются требования к свойствам
некоторых предметов — субъектов суждений (скорость резания, подача).
В отличие от операционных противоречий, в этих формулировках в
категорической форме предъявляются несовместимые требования к
свойствам субъектов суждений.
Учитывая эту особенность, а также то обстоятельство, что такие
формулировки соответствуют предметному стилю мышления, назовем
эти противоречия предметными.
8.2. Предметное противоречие
Предметное противоречие (ПП) представляет собой два модальных
нормативных суждения (см. приложение П4), которые являются
несовместимыми.
Формулировка ПП — предельно обостренная и лаконичная
формулировка задачи. Она должна обладать эвристической ценностью. Для

196
Раздел 2. Приемы и методы решения технических задач
этого в формулировке ПП нужно раскрыть природу конфликта,
объяснить, почему требования, отраженные в постановке задачи, являются
противоречивыми, и для чего нужно удовлетворить обоим
противоречивым требованиям. Эти «почему» и «для чего» отражаются в
нормативной части модального суждения. Из требований одной нормативной
системы (NCi) следует, что рассматриваемый предмет должен иметь
некоторое свойство Р (рис. 8.7), но это противоречит требованиям другой
нормативной системы {NCj).
Влечет
Нормативная
система 1
Противоречит
Предмет должен
иметь свойство Р
Предмет должен иметь'
противоположное
свойство пв-Р
Противоречит
Влечет
Рис. 8.7. Схема предметного противоречия
Структура каждого из суждений в предметном противоречии
состоит из следующих компонентов:
• субъект суждения S — имя предмета, о котором идет речь; это
может быть ТО в целом, какой-либо его компонент или связь;
• предикат (от лат. praedicatum — в значении логического
сказуемого) суждения Р — понятие о признаке предмета, рассматриваемого
в суждении;
• связка, характеризующая требование и выражаемая словами:
«должно быть», «не должно быть», «должен иметь», «не должен
иметь»;
• нормативная система NC, в которой дается некоторое
обоснование требованию, предъявляемому в первой части суждения.
Предметное противоречие — формулировка задачи, выражающаяся
двумя модальными нормативными суждениями, каждое из которых
можно представить в виде следующей структуры (см. приложение П4).
< Субъект суждения (5)> должен иметь (нормативная модальность)
<предикат (свойство, Р)> для того, чтобы <нормативная система (NC)>.
Из требований одной нормативной системы следует, что субъект
должен обладать свойством Р, а из другой — свойством, которое
несовместимо с Р, обозначим его не-Р.

8. Противоречия при решении технических задач
197
Суждение 1: Одолжен иметь Р для того, чтобы NC1; (8.1)
Суждение 2: 5 должен иметь не-Р для того, чтобы NC2- (8.2)
Свойства Р и не-Р характеризуют субъект суждения на
качественном уровне, например, скорость: большая и маленькая, материал:
прочный и пластичный, электрический ток: постоянный и переменный
и т. д.
В ПП требования, предъявляемые к субъекту суждения, могут
являться следствием различных целей, которые ставит перед собой
инженер. Эти разные цели, описанные в нормативной части суждений, и
приводят к необходимости реализации в ТО несовместимых свойств —
Ри не-Р.
Несовместимость нормативных суждений обнаруживается в
формулировках различных задач.
Для операционного противоречия, приведенного в примере 8.3,
предметное противоречие можно сформулировать в следующем виде:
литейный уклон должен быть большим для удобства изготовления
песчаной формы, и уклон должен быть маленьким, чтобы уменьшить
затраты на обработку резанием литой заготовки.
Кроме того, ПП могут быть связаны с тем, что требуемое свойство
не представляется возможным реализовать, так как этому мешает
проявление объективных законов природы, т. е. научное основание
наблюдаемого явления (которое является нежелательным) не согласуется с
требованиями, которые предъявляются к рассматриваемому объекту.
Пример 8.5. Регулирование массового расхода газа. По трубопроводу
перекачивают газ. Необходимо обеспечить постоянный массовый
расход газа при заданном перепаде давлений на входе и выходе
трубопровода. Однако температура газа на входе в трубопровод может
изменяться. Следовательно, массовый расход газа тоже будет изменяться.
ПП. Массовый расход газа должен быть постоянным для
обеспечения стабильности процесса, и он должен быть переменным, так как
изменяется температура газа.
В этом ПП одна из нормативных систем представляет собой
следствие проявления объективных законов природы.
8.3. Эвристическая ценность формулирования предметных
противоречий
Несовместимость высказываний в ПП можно рассматривать в двух
аспектах. С одной стороны, как несовместимость свойств,
предъявляемых к объекту. С другой стороны, как несовместимость нормативных
систем. Следовательно, разрешить ПП можно либо изменив одну из
формативных систем, либо изменив свойства объекта.

198
Раздел 2. Приемы и методы решения технических задач
Если рассматривать ПП как конфликт нормативных систем, то
можно наметить три варианта дальнейших действий:
1) признать одну из нормативных систем более сильной и
поступиться другой. Тогда противоречия не будет. Однако это не означает,
что ПП было разрешено, проблема осталась. Отказаться от одной из
нормативных систем — это отказаться решать задачу!
Пример 8.6. Ехать надо быстро и медленно. Из некоторого города в
другой надо доехать на автомобиле быстро, чтобы успеть к некоторому
событию. Но ехать быстро нельзя, так как дорога плохая, и это опасно.
Ехать надо быстро и медленно. Два противоречащих свойства,
которые обусловлены разными требованиями: необходимостью успеть и
безопасностью. Поэтому ПП можно сформулировать следующим
образом.
ПП. Скорость должна быть большая, чтобы успеть, и скорость
должна быть маленькая, чтобы доехать.
Например, принимаем — главное чтобы доехать, можно и опоздать.
Естественно, что поступиться можно той нормативной системой, в
которой сформулированы требования, предъявляемые человеком, а не
той, в которой отражаются требования, диктуемые законами природы.
2) можно попытаться найти компромиссное решение, в котором
требования, сформулированные в нормативных системах будут
удовлетворены лишь частично. К этому приему можно отнести решение задач
оптимизации, в которых формулируется критерий и определяются
оптимизируемые параметры. Критерий оптимизации отражает требования
вышестоящей системы;
3) изменить характер взаимодействия рассматриваемого ТО с НС
таким образом, чтобы отпала необходимость в одной из нормативных
систем. Например, передать функцию, которая порождает
противоречие, другому компоненту ТО или в НС.
Пример 8.7. Эмиссия электронов в радиолампе. В радиолампе
эмиссия электронов зависит от температуры катода. В первых радиолампах
катод представлял собой тонкую проволоку (нить), которая нагревалась
проходящим через нее электрическим током. Переменное напряжение
накала, подаваемое от трансформатора, приводило к тому, что
электронная эмиссия пульсировала. Из громкоговорителя был слышен фон
переменного тока, гудение.
ПП. Электронная эмиссия должна быть постоянной для
качественной работы усилителя, но она не может быть постоянной, так как на
катод подается переменное напряжение.
Противоречие можно разрешить, если отказаться от одной из
нормативных систем. За счет внешнего функционирования организовать
выполнение новой функции — между трансформатором и накалом
катода поставить выпрямитель.
Рассмотрим как разрешать ПП путем изменения свойств объекта
при сохранении нормативных систем. Если рассматривать ПП как

8. Противоречия при решении технических задач
199
конфликт свойств, то ресурсами для его разрешения могут быть
законы логики.
Один и тот же субъект суждения не может одновременно иметь
свойства Р и не-Р либо по логическому, либо по физическому
основанию (см. приложение П4). Два нормативных суждения являются
несовместимыми в силу действия закона тождества. Следовательно, эти
два суждения (8.1 и 8.2) можно сделать совместимыми, если в них будут
разные субъекты суждения (S\ и S2).
Если субъекты суждений разные, то суждения, участвующие в
формулировке ПП, становятся несравнимыми. Следовательно, они
перестают быть несовместимыми. Противоречия.— нет.
Таким образом, можно предложить следующие приемы разрешения
противоречий.
1. Разделение противоречащих свойств во времени. Смысл этого
приема заключается в том, что при функционировании объекта в одни
промежутки времени проявляется одно свойство, например, Дав другие
промежутки времени — другое противоположное свойство не-Р.
Поскольку субъекты суждения разделены во времени, то в
формулировке ПП они представляют собой разные понятия. Следовательно,
высказывания, составляющие ПП, становятся несравнимыми и
перестают быть противоречащими.
Практическая реализация этого приема часто сводится к введению в
систему вещества на определенное время. Это вещество должно
обеспечить получение нужного свойства в заданный период времени, а
когда оно выполнит свою функцию, оно должно пропасть. Вместе с ним
исчезнет и то свойство, которое оно породило.
Естественно, возникает проблема как это организовать. Какими
свойствами должно обладать это вещество? Какие поля можно ввести в
систему (или найти в ТС или компонентах, с которыми взаимодействует
рассматриваемый ТО), чтобы это вещество проявило нужные свойства?
Для этого нужно посмотреть, какие другие свойства можно
обнаружить в системе в эти моменты времени, и как их можно использовать.
Пример 8.8. Способ определения площадок контакта поверхностей.
В промышленности распространен способ определения площадок
контакта поверхностей при помощи растертых на минеральных маслах
красок. Краску наносят на одну поверхность, затем эту поверхность
вводят в соприкосновение с другой поверхностью. По распределению
пятен краски на второй поверхности судят о качестве контакта. Слой
краски составляет порядка 5...6 мкм. Для более точного определения
зоны контакта поверхностей необходимо применение тонкого слоя
краски. Однако тонкий слой не позволяет четко видеть границы пятна
краски.
ОП. При уменьшении толщины краски повышается точность
контроля, но ухудшается индикация (обнаружение) результата.
ПП. Слой краски должен быть тонким для повышения точности и
он должен быть толстым для обнаружения.

200
Раздел 2. Приемы и методы решения технических задач
Здесь можно воспользоваться известным приемом
переформулирования условий задачи, — заменить некоторые термины, желательно
более общими, чтобы избавиться от ВПИ, расширить область поиска
возможных решений. В частности, во второй части ПП мысль: «толстым
для обнаружения» заменить «контрастным для обнаружения».
ПП. Слой краски должен быть тонким для повышения точности и
он должен быть контрастным для обнаружения.
Это будет более общая и более точная формулировка, так как
толстый слой нужен для контрастности.
Следует подчеркнуть, что свойства тонкий и контрастный
характеризуют различные качественные стороны субъекта суждения, т. е. это
противоречие имеет физическое основание.
Из формулировки ПП видно, что в рассматриваемом
технологическом процессе можно выделить два этапа: испытание — приведение
площадок в соприкосновение и контроль — момент обнаружения
границ пятен краски, т. е. нормативные системы «подсказывают», что
рассматриваемые свойства должны проявляться в разные моменты
времени. Следовательно, ПП можно разрешить во времени.
Естественно возникает вопрос: Какие вещества и (или) поля можно
ввести в технологический процесс, чтобы разрешить это противоречие
во времени? Теперь можно наметить путь решения задачи. Слой
краски — тонкий (малоконтрастный) в момент испытания, при контроле
становится контрастным.
Задача сводится к поиску ресурсов. Какие вещества и поля можно
ввести в систему, т. е. какие ФТЭ можно использовать для того, чтобы
тонкий слой краски был хорошо виден. После испытаний перед
процессом контроля можно ввести вещество, которое вступит в
химическую реакцию с нанесенным слоем краски или ввести в краску
люминофор и применить ультрафиолетовое облучение и др.
Действительно, если пытаться ввести в систему вещество, то оно
должно определенным образом взаимодействовать с веществами и
полями, имеющимися в рассматриваемом ТО. Следовательно, поиск
решения заключается в том, что сначала формулируются свойства,
которыми должно обладать это вещество, а потом, с учетом определенных
ограничений, осуществляется поиск самого вещества.
Разрешить ПП во времени можно также за счет динамизации ТС.
Действительно, если объект должен иметь различные свойства в разные
моменты времени, а это легко просматривается из анализа
нормативных систем, значит, он должен как-то изменяться и быть легко
управляем (см. примеры 7.18—7.20).
Противоречие, описанное в примере 8.1, разрешено введением
элементов механизации крыла (закрылки, предкрылки). Во многих
современных самолетах при посадке форма крыла меняется таким образом,
что увеличивается и коэффициент подъемной силы, и площадь крыла.
Складывающиеся устройства: нож, зонтик, стул, убирающееся
шасси самолета, телескопическая удочка, были разработаны потому, что

8. Противоречия при решении технических задач
201
нужно было разрешить ПП. Все эти ТО должны обладать разными
свойствами в различные моменты времени.
Например, шариковая ручка должна оставлять след на бумаге, но не
должна оставлять следы на одежде, — не пачкать карман. Противоречие
разрешается во времени либо введением еще одного вещества (шариковая
ручка с колпачком), либо за счет динамизации (убирающийся стержень).
2. Разделение противоречащих свойств в пространстве. Практическая
реализация этого приема заключается в том, чтобы разнести в
пространстве противоречащие свойства, которыми должен обладать
рассматриваемый объект.
Пример 8.9. Закалка стальной детали. Известно, для того, чтобы
стальная деталь обладала хорошей износостойкостью нужно, чтобы она
имела высокую твердость. Это достигается применением термически
упрочняемого материала и термической обработкой — закалкой. Но в
таком состоянии материал, как правило, имеет низкую ударную
вязкость, т. е. подвержен хрупкому разрушению при ударных нагрузках.
В хрупком материале возникшая трещина развивается практически
мгновенно, а в вязком материале происходит медленное разрушение
при значительной пластической деформации. При ударных нагрузках
вязкий материал деформируется, а хрупкий ломается. В работающей
машине процесс развития пластической деформации можно
обнаружить по изменению характера ее работы. Поэтому высокая ударная
вязкость материала конструкции является одним из способов
обеспечения безопасности при эксплуатации техники.
В этой задаче ПП заключается в том, что материал стальной детали
должен быть твердым, для высокой износостойкости. И он должен быть
пластичным, чтобы не было внезапного хрупкого разрушения.
Свойства твердость и пластичность характеризуют различные
качественные стороны материала, но они находятся в отношении
противоположности. Для стальной детали они несовместимы по физическому
основанию, противоречат объективным законам природы.
Из анализа нормативных систем следует, что твердость нужна для
износостойкости, т. е. только в поверхностном слое. Нормативные
системы в формулировке этого ПП, сами «подсказывают», что его можно
разрешить разделением требуемых свойств в пространстве — твердой
деталь должна быть только в поверхностном слое.
Для этого деталь изготовляется из материала, который не
упрочняется термической обработкой (малое содержание углерода), а
поверхностный слой цементируется (насыщается углеродом) и производится
термообработка — закалка.
Высказывания в ПП перестают быть противоречащими, так как
теперь в них разные субъекты. Теперь уже одна часть рассматриваемого
объекта обладает свойством (/>), а другая — противоположным
свойством (не-Р).
Этот прием можно трактовать так же, как использование принципа
местного качества, т. е. создать нужное свойство только там, где это
действительно необходимо.

202
Раздел 2. Приемы и методы решения технических задач
Таким образом, чтобы понять можно ли разрешить ПП в
пространстве или во времени, нужно проанализировать нормативные системы
(требования), которые приводят к несовместимости двух суждений,
выяснить, в чем различие этих требований. Для разрешения ПП в
пространстве можно либо использовать свободное (пустое) пространство в
ТО, либо ввести в систему вещество — разделитель.
Следует отметить, что формулировка ПП — это модель задачи.
И как всякая модель она должна позволять выделять существенные
стороны решаемой задачи, сконцентрировать на них свое внимание,
понять какие вещественно-полевые, пространственные и временные
ресурсы можно использовать для решения проблемы.
Формулировка ПП раскрывает еще два важных аспекта поиска
решения. Эта модель дает возможность выявить оперативную зону и
оперативное время.
Оперативная зона (03) — пространство, в пределах которого
возникает конфликт.
Оперативное время (ОВ) — момент времени, когда конфликт
возникает, а также время до появления конфликта, когда в ТО происходят
процессы, подготавливающие этот конфликт.
Выделение 03 и ОВ локализуют конфликт в пространстве и
времени для поиска вещественно-полевых ресурсов, необходимых для
разрешения противоречия.
В примере 8.8 03 — сопрягаемые площадки, ОВ — момент
испытания, а также момент контроля. Отсюда видно, что, выделяя ОВ,
обнаруживают то обстоятельство, что противоречивые требования относятся
к разным моментам времени.
В примере 8.9 03 — все тело детали. ОВ — время охлаждения
(закалки), когда происходит формирование рассматриваемых свойств —
образование твердой, но хрупкой структуры материала.
В ПП субъектом суждения может быть некоторый компонент ТС, а
может быть связь между компонентами, т. е. противоречащие свойства
могут проявляться как в компоненте, так и в связи.
Если противоречащие свойства проявляются в некотором
компоненте (рис. 8.8, а), то предметное противоречие может заключаться в
том, что этот компонент должен обладать двумя противоречащими (или
противоположными) свойствами (см. приложение 1, табл. П1.1) или
некоторое свойство компонента должно иметь различные значения.
к,
Pi
\
не-Р,-
К,
К2
не-Р,
Рис. 8.8. Схема противоречия, проявляющегося в компоненте (а) и способ его разрешения (б):
К, — компоненты ТС; Р, — свойства

8. Противоречия при решении технических задач
203
Для разрешения ПП, проявляющегося в компоненте, можно ввести
второй компонент таким образом, что в одном из них будет
проявляться свойство Pt, а в другом противоположное свойство не-Р,-. Тогда
высказывания, составляющие ПП, перестают быть противоречащими, так
как в них будут разные субъекты суждения (рис. 8.8, б).
Продолжение примера 8.7. Эмиссия электронов в радиолампе. Второй
способ решения задачи о подогреве катода радиолампы.
ПП. Электронная эмиссия должна быть постоянной для
качественной работы усилителя, но она должна быть переменной, так как на
катод подается переменное напряжение (электронная эмиссия — атрибут
катода). ПП соответствует схеме, приведенной на рис. 8.8, а.
В этом случае можно поставить задачу: как сделать так, чтобы при
переменном токе электронная эмиссия была постоянной.
Прием — разделить функции, выполняемые катодом. Проволочка
выполняет две функции: создание электронной эмиссии (ГПФ) и
нагрев (основная).
Создается бисистема: в каналах тонкого и длинного фарфорового
цилиндрика помещена вольфрамовая нить — нагреватель. Нить
накаливается переменным током и ее тепловая энергия передается
фарфоровому цилиндрику и надетому на поверх него никелевому «чехлу».
Электрического контакта между катодом и нагревателем нет.
Для того чтобы электронная эмиссия катода была большой
необходима высокая температура. Но при этом радиолампа сильно
нагревается, уменьшается ее КПД, требуется создавать высокое напряжение
между катодом и анодом.
ПП. Температура катода должна быть высокой, чтобы получить
большую электронную эмиссию. И температура катода должна быть
маленькой, чтобы не расходовать энергию.
Это ПП может иметь и другую формулировку: катод должен иметь
высокую температуру для... и катод должен иметь низкую температуру
для... .
Противоречие разрешается введением еще одного вещества: на
внешней поверхности никелевого цилиндрика наносится тонкий слой
оксидов щелочного металла (стронция, бария, цезия и др.). Эти оксиды
отличаются большой электронной эмиссией при сравнительно низких
температурах (порядка 600 °С).
Если противоречащие свойства проявляются в связи между
компонентами (рис. 8.9, а), то введение между ними еще одного компонента
р- . . р.
К,
* *-\ К2 mi "-> Kl Г*~
Кз
-Ч к2
не-Р; не-Р(-
Рис. 8.9. Схема предметного противоречия, проявляющегося в связи (я),
и способ его разрешения (б):
К, — компоненты ТС; Р, — свойства

204
Раздел 2. Приемы и методы решения технических задач
приведет к тому, что в одной связи будет проявляться свойство Ph
а в другой противоположное свойство не-Р, (рис. 8.9, б).
Пример 8.10. Размерная химическая обработка. Для получения
рельефной поверхности на крупногабаритных оболочках, например, для
образования усилений в местах стыковой сварки (например, на днищах
топливных баков), для получения вафельного силового набора на
обечайках топливных баков (зоны А на рис. 8.10), применяется операция
избирательного размерного химического травления.
Рис. 8.10. Конструкции, подвергаемые избирательному химическому травлению
Излишки материала удаляются в щелочных растворах.
Поверхности, которые не должны подвергаться травлению, покрываются лаком.
Проблемная ситуация заключается в том, что необходимо очень
точно нанести защитный лак на участки, которые не должны
подвергаться травлению. Лак должен иметь хорошую адгезию к металлу,
чтобы в процессе обработки не было подтравливания материала под
покрытием.
Если лак наносить по трафарету, то не удается получить точный
контур. Поэтому было принято решение наносить лак на всю
поверхность, а затем по шаблону чертилкой делать разметку — надрезать
покрытие и скальпелем удалить лак с тех участков, которые должны
подвергнуться химической обработке.
Однако это решение привело к следующей проблеме. Защитное
покрытие должно иметь хорошую адгезию к металлу для того, чтобы не
было подтравливания материала в процессе химической обработки и
можно было бы получить точный контур, и покрытие должно иметь слабую
(плохую) адгезию, чтобы после нанесения покрытия и его разметки
можно было бы легко удалить часть покрытия (в местах, где должно
происходить травление).
ПП. Лак должен иметь хорошую адгезию, чтобы не было
подтравливания. И лак должен иметь плохую адгезию, чтобы его можно было легко
удалить с участков, подлежащих травлению.
Требования к связи между веществами (деталью и покрытием)
находятся в противоречии: адгезия хорошая и плохая. Из нормативной
части суждений, составляющих ПП, видно, что требования,
предъявляемые к связи относятся к разным моментам времени.
В соответствии со схемой, показанной на рис. 8.9, б, противоречие
можно разрешить введением еще одного вещества. Технологический
процесс выполняется по следующей схеме:
1) нанесение временного покрытия с плохой адгезией;
2) разметка;

8. Противоречия при решении технических задач
205
3) удаление временного покрытия с участков, которые не должны
подвергнуться травлению;
4) нанесение постоянного покрытия с хорошей адгезией в
основном на участки, которые нужно защитить от травления;
5) удаление постоянного и временного покрытия с участков,
подлежащих травлению.
Для разрешения противоречия нужно найти (синтезировать) такое
решение, которое позволило бы избавиться от НЭ и сохранить или,
еще лучше, усилить нужное свойство. Нужно создать объект с новыми
свойствами, которые разрешали бы рассматриваемое противоречие
(речь идет не о поиске компромиссного решения). Поэтому для
разрешения противоречия естественно воспользоваться приемами, которые
позволяют изменять системные свойства рассматриваемых объектов.
3. Введение компонентов, связей, изменение характера связей между
компонентами системы. Для решения технических задач привлекаются
вещественно-полевые ресурсы, а также приемы, позволяющие
изменять системные свойства ТС (см. рис. 6.26).
Пример 8.11. Явление фединга (замирания). В радиоприемнике сила
радиосигнала (особенно коротких волн) на антенне значительно
изменяется. Это обусловлено взаимным наложением радиоволн,
приходящих в точку приема различными путями. На антенну приходит много
отраженных волн, которые складываются. Если, например, прямая и
отраженная волны, несущие один и тот же сигнал пришли в противо-
фазе, то суммарный сигнал на антенне будет очень мал. Фаза
отраженной волны, пришедшей на антенну, связана не только с перемещением
антенны приемника, но и с атмосферными процессами. Поэтому сила
выходного сигнала то увеличивается, то уменьшается.
ПП. Сила выходного сигнала должна быть постоянной для
удобства прослушивания передач, и она должна быть переменной из-за явления
фединга (замирания).
ОЗ. Все радиоприемное устройство от антенны до
громкоговорителя.
ОВ. Моменты времени, когда изменяется сила сигнала на антенне.
Для разрешения ПП в систему нужно ввести компонент, который
бы изменял коэффициент усиления в зависимости от силы входного
сигнала.
Изменение связей в усилительном устройстве: введение
отрицательной обратной связи, — устройство, называемое автоматическим
регулятором усиления (см. рис. 3.4).
Системные свойства ТО могут быть изменены также еще одним
приемом, основанным на системном подходе (см. рис. 3.5 и 6.26).
4. Количественные изменения в компонентах или во взаимодействиях
между ними, которые могут привести к качественным изменениям.
Например, при нагреве жидкости до определенной температуры
происходит ее испарение, при нагреве ферромагнетика до определенной темпе-

206
Раздел 2. Приемы и методы решения технических задач
ратуры, называемой точкой Кюри, происходит скачкообразное
изменение магнитных свойств.
Закалка сталей основана на том, что при охлаждении по
достижении определенной температуры происходит изменение
кристаллической решетки железа. При этом изменяется растворимость углерода в
железе (сталь — твердый раствор углерода в железе). Но здесь
применен еще один прием — количественные изменения. При быстром
охлаждении фиксируются те структуры, которые устойчивы при высокой
температуре. В результате повышается прочность материала и
снижается его пластичность.
Следует отметить, что при решении технических задач, как
правило, используется сразу не менее двух приемов. Например, введение
компонента в систему часто приводит и к разделению противоречащих
свойств в пространстве; для того чтобы разделить противоречащие
свойства во времени или ввести количественные изменения во
взаимодействие компонентов, иногда приходится вводить в систему еще один
компонент в виде вещества или поля. Динамизация ТС достигается
введением веществ и полей, изменением связей между компонентами
технической системы.
Пример 8.12. Как стабилизировать период колебания маятника.
Период колебания маятника (например часов — ходиков) должен быть
постоянным при изменении окружающей температуры (рис. 8.11, а).
Однако поскольку температура воздуха меняется, то изменяется длина
маятника и, следовательно, период его колебаний, что сказывается на
точности хода часов.
ymg
v v v
О ©6
ш
Ш
N
Рис. 8.11. Схема к примеру 8.12 (а) и решение задачи введением вещества (б)
и введением поля (в):
L — длина маятника; S, N — полюсы магнита
ПП. Период колебания маятника должен быть постоянным, и он
должен быть переменным, так как при изменении температуры
изменяется длина маятника. Стержень металлический и при изменении
температуры изменяется его длина.

8. Противоречия при решении технических задач
207
ОВ. Время функционирования объекта, когда происходит
изменение температуры.
ОЗ. Точка подвеса, стержень, точка расположения центра масс
груза.
Понимание физических законов, которые описывают поведение
ТС, позволяет наметить пути решения задачи.
Период колебания маятника зависит от длины стержня и силы
тяжести:
где L — длина маятника; g — ускорение силы тяжести.
Естественно, возникает задача, как управлять этими параметрами.
При этом надо стремиться к получению идеального технического
решения, т. е. ТО должен управлять собой сам.
Здесь следует отметить еще одно важное обстоятельство.
Операционные и предметные противоречия часто возникают именно после
формулировки ИТР (ИКР), так как идеальный результат недостижим.
В рассматриваемом примере объект должен сам управлять своими
параметрами, но он не может этого сделать, так как у него нет для
этого ресурсов. Это тоже можно рассматривать как ПП. Ориентировку в
поиске ресурсов дает представление об ОЗ, ОВ и компонентах надсис-
темы, с которыми связан рассматриваемый ТО.
Теперь задача формулируется следующим образом: нужно
устройство, которое хорошо бы реагировало на изменение температуры, т. е.
не изменяло длину маятника или изменяло силу притяжения груза при
изменении длины маятника. В соответствии с рекомендациями,
приведенными в разд. 6.5, ставятся задачи: какие вещества и поля можно
ввести в систему? Какими свойствами они должны обладать?
Задача решается привлечением вещественно-полевых ресурсов:
использованием веществ с различными коэффициентами линейного
термического расширения (рис. 8.11, б) и поля (рис. 8.11, в). .С
увеличением температуры будет увеличиваться длина маятника. Это приведет к
увеличению периода колебаний. При этом будет уменьшаться зазор
между маятником и магнитом, что приведет к увеличению силы
притяжения маятника.
8.4. Методические рекомендации по решению задач
Социально-технические, операционные и предметные противоречия, —
модели задач. В СТП дается описание проблемной ситуации.
В ОП формулируется некоторая попытка улучшить одно свойство
изменением какого-либо параметра, характеризующего компонент ТС
или связи. Формулировка ОП позволяет обозначить направления
решения проблемы и, тем самым, определить область поиска ресурсов для
его разрешения. Формулирование ОП отражает операционный способ
мышления.

208
Раздел 2. Приемы и методы решения технических задач
Формулировка ПП, раскрывая суть конфликта, обладает
эвристической ценностью и позволяет наметить приемы поиска решения задачи.
Формулирование ПП отражает предметный способ мышления.
В настоящее время в ТРИЗ накоплен весьма обширный материал по
приемам поиска решений. Альтшуллер предложил 40 приемов
устранения технических (операционных) противоречий (см. приложение П14),
разработал таблицу для выбора приема в зависимости от условий задачи
[9]; предложил около 80 стандартов на решение изобретательских задач,
которые разделены на 5 классов. А. И. Половинкин приводит 176
эвристических приемов, которые сведены в 12 групп [90].
Задачи и обстоятельства, в которых они возникают, могут быть
самые разные. Дать рекомендации на все случаи невозможно. Поэтому
важна систематизация приемов, их свертывание в компактный набор,
который, при необходимости, можно было бы развернуть.
Для некоторых видов технических задач можно предложить
следующие основные этапы решения задачи.
1. Какая конечная цель, для которой ставится задача?
Варианты постановки задачи:
1.1) не допустить появление НЭ;
1.2) избавиться от имеющегося НЭ.
2. Что желательно получить в идеальном ТО?
Сформулировать ИКР:
2.1) заменить технические термины функциональными;
сформулировать цель, используя утвердительную форму со словами: «Само
собой...», «Без ничего...»;
2.2) не думать как получить ИКР!
3. Что мешает получению ИКР? В чем помеха?
Примерная формулировка: «Само собой, без ничего — не
получается, реально существует нежелательное действие, помеха, а это не
допустимо».
4. В чем заключается причина помехи?
Вникнуть в суть происходящих процессов и явлений, понять
происхождение требований.
5. Сформулировать противоречия (ОП или ПП).
6. Проверить ход решения задачи.
Если противоречие будет разрешено, то поставленная цель (см. п. 1)
будет достигнута? Если ответ отрицательный, то вернуться к п. 2.
Если ответ положительный, то наметить способ разрешения
противоречия.
Для разрешения противоречий можно предложить следующие
методические рекомендации.
7. Сформулировать операционные противоречия:
7.1) попытаться упразднить функцию, порождающую ОП. Для этого
изменить характер взаимодействия ТО с надсистемой таким образом,

8. Противоречия при решении технических задач
209
чтобы функция была не нужна или передать функцию другому
компоненту технической системы, или в надсистему;
7.2) изменить техническую функцию — поставить другую цель
выполнения физической операции рассматриваемым функциональным
компонентом;
7.3) изменить ФПД физической операции, содержащей
противоречие. Перейти на другой ФПД, ориентируясь на закономерности
развития технических систем.
8. Выявить и сформулировать ПП. Для этого построить цепочку
причинно-следственных связей, в которой создание положительного
эффекта приводит к появлению НЭ.
9. Рассмотреть разрешение ПП с позиции конфликта нормативных
систем:
9.1) проанализировать, можно ли изменить одну из нормативных
систем за счет изменения характера взаимодействия рассматриваемого
ТО с над системой таким образом, чтобы упразднилось требование,
отраженное в одной их нормативных систем. Найти вышестоящую по
иерархии нормативную систему и, сформулировав критерий, найти
оптимальное решение;
9.2) изменить нормативную систему, поставив другую цель
функционирования рассматриваемого компонента. Сформулировать другую
ТФ — цель выполняемой физической операции. Например, не
контролировать, а регулировать.
Рассмотреть возможность применения другой физической операции
(ФО). Например, измерять не тот параметр, который задан в условии
задачи, а другой.
10. Рассмотреть разрешение ПП с позиции конфликта свойств:
10.1) проанализировать нормативные системы и наметить прием
разрешения ПП;
10.2) выбрать изменяемый компонент, выделить 03 и определить
ОВ для сформулированных противоречий. Осуществить поиск
вещественно-полевых ресурсов;
10.3) разрешить противоречие приемами, направленными на
изменение системных свойств ТО.
Ввести вещество или (и) поле на некоторое время, ввести
вещество-разделитель, ввести или удалить некоторые связи, произвести
количественные изменения в компонентах и связях — применить оператор
РВС, образовать из изменяемого компонента бисистему, повысить
степень динамизации компонентов и связей между ними.
Следует отметить, что формулирование противоречий активизирует
мышление и позволяет только наметить прием решения задачи.
Следующим шагом является поиск ресурсов: веществ и полей для
формирования ФПД и получения нужного синергетического эффекта.
Как правило, мероприятия, направленные на устранение
противоречия, приводят к появлению других НЭ. Это не означает, что выбран-

210
Раздел 2. Приемы и методы решения технических задач
ное мероприятие плохое. Следующим шагом решения задачи является
поиск средства устранения этого НЭ (рис. 8.12).
1.2.1 Мероприятие по
устранению НЭ2 Л1
1.2 Мероприятие по
устранению НЭ
1.1 Мероприятие по
устранению НЭ!л
Мероприятие 1
Задача
(ПП)
'■'•••... | Места возникновения
-'4
/\ противоречий
Мероприятие 2
2.1 Мероприятие по
устранению НЭ2
2.2 Мероприятие по
устранению НЭ:
2.2.1 Мероприятие по
устранению НЭ2 л л
Рис. 8.12. Цепочка причинно-следственных связей в виде графа
Опыт показывает, что, как правило, особенно для сложных проблем,
задача не решается за один ход (или шаг). Каждое предложение по
устранению очередного недостатка приводит к появлению другого
нежелательного явления и иногда нужно сделать десятки ходов, прежде, чем
будет получено решение, которое удовлетворит разработчика. Важно
чтобы каждый последующий шаг приводил к менее значимым НЭ.
В конце концов можно получить такое решение, в котором НЭ будет
такой, что с ним можно смириться или найти компромиссное решение.
Причинно-следственную цепочку, в которой мероприятия,
направленные на устранение НЭ, приводят к появлению других НЭ, можно
представить в виде табл. 8.2 или графа (см. рис. 8.12).
Таблица 8.2. Форма таблицы для разработки мероприятий по разрешению ПП

Формулировка ПП(
Прием
[
Средство | Нежелатель-
устранения I ный эффект
(суо пп, ! (нэ,)
1
пп2
Прием СУ2 ПП2 |
i i
1
i i

8. Противоречия при решении технических задач
211
После формулирования ПП необходимо провести его анализ и
наметить прием разрешения, и только после этого непосредственно
осуществлять поиск самого решения. Стремление сразу искать ответ на
поставленную задачу практически приводит к применению метода
проб и ошибок. А наша задача отработать приемы разрешения
противоречий.
8.5. Примеры применения приемов разрешения противоречий
Рассмотрим, как формулировка противоречий помогает в поиске
решения задачи.
Пример 8.13. Александрийский маяк. Одно из чудес света —
Александрийский маяк на египетском берегу Средиземного моря. Время
разрушило маяк, но многие археологи утверждают, что он был высотой
более 300 м.
Несколько веков простоял маяк с надписью на вершине: «Для богов
и во имя спасения моряков построил Состратос из Книда, сын Декси-
фона». Так звали строителя, и люди запомнили его имя на века. Но
история помнит и другое. Когда строительство маяка заканчивалось Со-
стратоса вызвал правитель и повелел: «Ты высечешь на маяке мое имя!».
Строителю было запрещено высекать свое имя, и он знал, — если
он не выполнит приказ, то его казнят, а если выполнит, — то потомки
никогда не узнают имени настоящего автора маяка.
Строитель остался жив, но весь мир узнал его имя.
Как это произошло?
СТП. Очень хочется увековечить свое имя, а правитель запретил
это делать, — он хочет увековечить свое имя.
ОП]. Если я выбью на стене свое имя, то увековечу его, что
хорошо, но лишусь жизни, что недопустимо.
ОП2. Если я выбью на стене имя правителя, то не увековечу своего
имени, что плохо, но при этом останусь жить, что хорошо.
Таким образом, приходим к двум высказываниям, в которых речь
идет о некоторых действиях. Эти две формулировки составляют
операционное противоречие.
ПП. На стене должно быть мое имя, чтобы его увидели потомки. На
стене должно быть имя правителя, чтобы меня не казнили.
Эту задачу можно сформулировать следующим образом. Пока жив
правитель, надпись должна быть одна, а после его смерти, — другая.
Тогда ПП можно переформулировать: надпись должна быть одна,
чтобы ее увидел правитель, и надпись должна быть другая, чтобы ее
увидели потомки. Как это сделать?
Из нормативной части последней формулировки ПП видно, что
для правителя надпись должна быть одна, чтобы он ее увидел, а для
потомков должна быть другая, чтобы увековечить свое имя, т. е.
противоречивые требования, которые предъявляются к объекту, относятся к
разным моментам времени.

212
Раздел 2. Приемы и методы решения технических задач
Противоречие разрешается во времени, введением в систему еще
одного компонента, — вещества, которое сначала должно быть, а
потом исчезнуть.
Строитель вытесал на каменной стене свое имя, но закрыл его
слоем известкового раствора, на котором написал имя правителя. Через
несколько лет известняк выветрился и проступила надпись «Состратос,
сын Дексифона».
Пример 8.14. Испытания образцов. В экспериментальной
лаборатории для испытания длительного действия кислот на поверхность
образцов сплавов используется установка, которая представляет собой
герметичную камеру. На дно камеры устанавливаются образцы в виде
кубиков. Камеру заполняют агрессивной жидкостью, и создают необходимую
температуру и давление.
Проблема заключается в том, что агрессивная жидкость действует
не только на образцы, но и на стенки камеры, вызывая их коррозию.
Камеру приходиться изготовлять из благородных металлов, что
чрезвычайно дорого.
Таким образом, имеем проблемную ситуацию (СТП): нужно
снизить затраты на испытания, а как это сделать, — неизвестно.
В задаче описана система, состоящая из трех компонентов,
которые участвуют в конфликте: камера, образцы и агрессивная жидкость.
Соответственно имеются три пары взаимодействий (рис. 8.13):
камера — жидкость; камера — кубик; жидкость — кубик.
Конфликтующее
взаимодействие
Рис. 8.13. Схема системы к примеру 8.14:
1, 2, 3 — связи
Жидкость агрессивная и должным образом взаимодействует с
образцом (кубиком) — цели испытаний достигаются. Но жидкость
разрушает стенки камеры — плохое взаимодействие. Жидкость должна быть
агрессивной, но стенки камеры разрушаться не должны. Поэтому
первая и третья пара взаимодействий находятся в конфликте между собой.
Альтшуллер разбирал эту задачу на семинарах, о чем в работе [4] он
пишет: «...за 1973—1982 гг. накопилась обширная статистика...
Слушатели, незнакомые с ТРИЗ, в 75 % случаев выбирают в
качестве конфликтующей пары "камера—жидкость", т. е. ситуация
переводится в задачу по борьбе с коррозией. Это крайне невыгодная
стратегия: локальная задача по улучшению способа испытаний образцов
заменяется несоизмеримо более общей и трудной задачей по защите
металла от коррозии. В результате — 80 % заведомо неверных решений
и почти 20 % весьма сомнительных и ненадежных (например,
различные защитные покрытия камеры). Слушатели, знающие основы ТРИЗ,

8. Противоречия при решении технических задач
213
в 83 % случаев выбирают пару "кубик—жидкость", что почти всегда
приводит к правильному ответу».
Весьма вероятно, что это связано с тем, что в постановке задачи
незримо присутствует ВПИ, который и нацеливает на решение именно
этой проблемы. Разработка модели задачи, в виде сформулированных
ОП, позволяет избавиться от ВПИ.
ГПФ камеры, является создание необходимых условий для
испытаний: размещение образцов, агрессивной жидкости, создание давления и
температуры. Камера должна быть, чтобы изолировать агрессивную
среду и создать необходимые условия для проведения испытаний
(температуру и давление). Однако жидкость вредно действует на стенки камеры.
Поэтому в формулировке ОП нужно отразить конфликт совместного
взаимодействия: «жидкость—камера» и «жидкость—кубик». Жидкость и
образцы должны находиться в камере, следовательно, агрессивная
жидкость будет взаимодействовать со стенками камеры.
ОП1. Если жидкость будет находиться в камере, то будут
соблюдены условия испытаний, но при этом стенки камеры будут разрушаться.
ОПг. Если жидкость будет взаимодействовать с образцом вне
камеры, то не будет и разрушительного действия жидкости на стенки
камеры, но при этом не будут соблюдены условия испытаний.
Здесь следует отметить, что понятие «изменяемый параметр» (см.
рис. 8.4), участвующий в описании ОП (см. рис. 8.13), это не только
количественные изменения в системе (например, увеличить,
уменьшить), но и качественные изменения, наличие или отсутствие каких-то
условий.
В этой задаче целесообразно обратиться к формулированию ИКР,
т. е. того идеального образа, к которому нужно стремиться.
ИКР. Жидкость сама нужным образом воздействует на образец и
не оказывает вредного воздействия на камеру. Достижению ИКР
мешают реальные условия.
ПП. Жидкость должна быть агрессивной для образцов, чтобы
достичь целей испытаний и не должна быть агрессивной для стенок
камеры, чтобы они не разрушались.
После такой формулировки, естественно, возникает задача: «Как
сделать так, чтобы жидкость, находясь в камере, не воздействовала на
ее стенки агрессивно?»
Коррозия стенок камеры является НЭ. Следует обратить внимание,
что после формулирования ПП задача получает другую
направленность — не бороться с НЭ, а не допустить его появления.
Жидкость, находясь в камере, естественно, воздействует на ее
стенки, т. е. противоречие здесь имеет физическое основание.
Из ПП следует, что диктуемые требования относятся к
объектам, которые расположены в разных точках пространства, —
агрессивная для образцов и не агрессивная для стенок камеры. Таким
образом, приходим к мысли, что противоречие можно разрешить в
пространстве.
Ресурсы для изменения системных свойств объекта: изменение
компонентов, входящих в ТС (см. рис. 8.13); введение веществ, полей.
Основное требование для проведения испытаний — жидкость
должна контактировать с образцами.

214
Раздел 2. Приемы и методы решения технических задач
Каждый образец с жидкостью изолируется от камеры, например,
устанавливается в сосуд или мешок, сделанный из пленки. Эти
дополнительно введенные компоненты должны быть сделаны из материалов,
которые выдерживают действие жидкости и температуры, при которых
проводятся испытания. При этом можно добиться дополнительного
эффекта, чтобы стенки камеры не взаимодействовали с парами
агрессивной жидкости.
Жидкость удерживается самим образцом. Для этого в нем надо
сделать полость. Следует отметить, что препятствием для получения
последнего решения является заданный в условии задачи ВПИ, который
создается тем, что испытуемый образец называется кубиком.
Пример 8.15. Замерзающая прорубь. На одной из метеостанций
требовалось зимой, в лютые морозы 4 раза в сутки опускать в прорубь
приборы для замеров параметров воды и взятия пробы. Работа
осложнялась тем, что прорубь через 2...4 ч полностью замерзала и ее
приходилось ломом пробивать заново. Никаких сложных механизмов на
метеостанции нет. Как освободить работника метеостанции от ручной
работы по пробиванию проруби?
Следует обратить внимание на то, что в условии задачи
присутствует ВПИ. В задаче дается ориентировка на создание устройства по
пробиванию проруби.
ПС в форме СТП можно сформулировать в следующем виде —
прорубь пробивать нужно для взятия проб воды. И этого делать не
нужно, потому, что это тяжелая работа.
Следует отметить, что после такой формулировки, задача получает
несколько иную направленность, чем была в исходной постановке.
И это особенно становится заметным после формулировки ИКР.
ИКР. ТС обладает таким свойством, что сама не дает воде
замерзать.
Достижению ИКР препятствуют природные процессы. Это и
обуславливает ПП.
ПП. Вода в проруби должна замерзать, так как взаимодействует с
холодным воздухом, но она не должна замерзать, чтобы не прорубать
каждый раз прорубь (не ломать лед).
Следует подчеркнуть, что формулировки ИКР и ПП определяют
направления поиска решения, в рассматриваемом случае — не
разрабатывать устройство для прорубания, а не допускать замерзания воды.
В условии задачи описана следующая система: вода, лед, лом.
К надсистеме относится холодный воздух, глубинные слои воды.
Охлаждение воды происходит за счет конвективного теплообмена с
холодным воздухом и за счет испарения. Усиливает охлаждение воды:
низкая температура воздуха и ветер. Препятствует охлаждению воды:
конвективный теплообмен в толще воды. Известно, что вода
максимальную плотность имеет при температуре около 4 °С. Поэтому вода,
охладившись до этой температуры, как имеющая большую плотность,
опускается вниз. Снизу поднимается более теплая вода.
Изменение системных свойств, рассматриваемого объекта можно
сделать, введением дополнительных компонентов (веществ или полей).

8. Противоречия при решении технических задач
215
Какие вещества и поля можно ввести в систему, чтобы вода не
замерзала? Какими свойствами должны обладать эти вещества? Какие
ресурсы можно почерпнуть из надсистемы?
Здесь можно поставить две локальные задачи:
1) как использовать теплоту нижних слоев воды?
2) как уменьшить теплообмен с холодным воздухом и снизить
испаряемость воды.
Возможные решения показаны на рис. 8.14. В лед вмораживают
металлическую трубу. Нижние слои воды более теплые. Металл хорошо
проводит теплоту.
Рис. 8.14. Схема решения к примеру 8.15
На поверхность воды, в трубу наливают жидкость с низкой
температурой замерзания, которая не смешивается с ней и легче воды
(формулирование требований к вводимому веществу), и уменьшает процесс
испарения, например, бензин, керосин, масло.
Труба дает еще один эффект — при наличии течения не вымывает
эту жидкость.
Для уменьшения конвективного теплообмена с воздухом прорубь
можно накрыть крышкой из теплоизоляционного материала
(например, из пенопласта) или соорудить палатку.
Пример 8.16. Износ покрышек. При приземлении самолета можно
наблюдать, что в момент касания колес с бетонным покрытием
аэродрома, появляется легкий дымок. Это результат динамического
взаимодействия резины колес с аэродромным покрытием, который приводит
к интенсивному износу покрышек. Как устранить это явление?
В предлагаемой задаче формулирование противоречий не столько
помогает выйти на тот или иной прием его разрешения, сколько
глубже вникнуть в суть явления и осуществить целенаправленный поиск
решения.
В условии задачи описана следующая система: шасси, колесо
самолета. К надсистеме относятся: самолет, воздух, бетонное покрытие.
Конфликтующая пара: колесо самолета и бетонное покрытие.
Посадочная скорость самолета большая. В момент касания
бетонного покрытия колесо неподвижно. Вследствие большого момента
инерции оно не может мгновенно раскрутиться и какое-то время
скользит. В это время происходит значительное истирание покрышки.
Износа покрышки не будет, если нижняя точка колеса будет иметь
такую же скорость, что и самолет, но в противоположном направле-

216
Раздел 2. Приемы и методы решения технических задач
нии. Следовательно, нужно устройство для раскручивания колеса, но
такое, которое не усложняло бы систему, чтобы его масса, габариты и
энергоемкость стремились к нулю. Например, ставить на каждое
колесо двигатель для его раскручивания недопустимо, — это значительно
усложняет конструкцию, увеличивает ее вес.
ОП. Если на шасси установить специальное устройство для
раскручивания колеса, то это усложнит систему, но устранит нежелательное
явление — износ покрышки.
ПП. Устройство для раскручивания колеса должно быть. И его
быть не должно, чтобы не усложнять систему и не увеличивать ее массу.
ОЗ. Колесо, покрытие взлетно-посадочной полосы (ВПП), ОВ —
момент касания колесом ВПП и время, когда самолет идет на посадку.
Следуя принципу идеальности нужно при минимальных
усложнениях в системе обеспечить требуемое свойство. Необходимо
попытаться использовать имеющиеся ресурсы в рассматриваемой ТС или НС,
найти энергию и способ ее использования для, преобразования в
механическое движение, — вращение колеса.
Здесь целесообразно сформулировать ИКР.
ИКР. Колесо само раскручивается до встречи с бетонным
покрытием.
Самолет идет на посадку с большой скоростью, торможение
происходит за счет аэродинамических сил. Таким образом имеется
бесплатная энергия — скоростной напор воздушной среды (рис. 8.15, а). Как
его можно использовать для раскручивания колеса?
Стойка шасси
?'±
v<^»
Рис. 8.15. Эскиз к примеру 8.16 (а) и возможные решения: введение в ТС
компонента (б) и изменение формы одного из компонентов ТС (в)
Если свободно подвешенное на оси колесо находится в воздушном
потоке, то из-за симметричности обтекания, оно вращаться не будет.
ПП. Колесо должно вращаться, чтобы в момент касания оно не
скользило по бетону, и оно не будет вращаться, так как нет условий для
возникновения крутящего момента.
Следовательно, нужно создать крутящий момент, сделать так,
чтобы сумма аэродинамических сил, действующая на нижнюю часть
колеса, была больше, чем на верхнюю часть.
Выберем изменяемый элемент. Очевидно, что он должен быть на
самолете. Это может быть либо элемент рассматриваемой системы, т. е.
колесо, либо ближайшей НС, в которую входит колесо, т. е. шасси.

8. Противоречия при решении технических задач
217
В ТС вводится еще один компонент — на стойке шасси можно
закрепить крыло, которое сделает несимметричным обтекание колеса
воздушным потоком (см. рис. 8.15, б).
Изменение системных свойств ТО можно достигнуть также за счет
трансформации формы имеющегося компонента. Для согласования
скоростей вращения колес и скорости полета самолета французский
изобретатель X. Оливье предложил на боковой поверхности колес
установить лопатки, которые позволяют раскрутить колеса под действием
набегающего воздушного потока (см. рис. 8.15, в).
Вопросы для самопроверки
1. Чем отличаются ОП от ПП?
2. Что дает построение цепочки причинно-следственных связей при анализе ОП?
3. В чем заключается ПП, какую оно имеет структуру?
4. Из каких соображений определяется способ разрешения ПП?
5. Что является источником ПП?
6. Перечислите способы разрешения ПП?

9. ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ АНАЛИЗ
ТЕХНИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ
Функциональный анализ является наиболее общим и
универсальным подходом к решению различных задач. Как метод исследования
ТС он может проводиться в различных аспектах, предполагает
использование различных моделей и подходов (рис. 9.1).
Функциональный анализ может применяться на различных этапах
создания ТС (рис. 9.2). Создание любого ТО начинается с анализа
потребностей и формулирования функций, которые он должен
выполнить, чтобы удовлетворить эти потребности. На начальном этапе
создания ТО вместе с формулированием потребности составляют
перечень функциональных требований, обеспечивающих удовлетворение
этой потребности.
ТО в целом
Компонентов ТС
i Связей
Определение
функций
относительно:
Обеспечивающие
конструктивную
целостность ТО
Отражающие
функционирование ТО
Главная полезная
Основные
Вспомогательные
Дополнительные
Иерархическая
схема
Потоковая
функциональная
схема
Конструктивная
функциональная
схема
Рис. 9.1. Аспекты рассмотрения и подходы функционального анализа

9. Функциональный анализ технических объектов
219
Функционально-
структурный анализ ТО
Формулир!
Формулирование целей
Анализ потребностей
Рис. 9.2. Основные этапы создания ТО
Сформулированные функции являются составной частью
технического задания для разработки ТО, поэтому на этом этапе важно понять:
1) какие функции требуется реализовать;
2) необходимы ли все эти функции или часть из них;
3) можно ли передать эти функции или часть из них в НС.
Когда ТО создан в виде определенных моделей, например,
синтезированы ФПД, разработана его структурная схема и получено
техническое решение (см. рис. 5.1), разработаны чертежи, технологический
процесс, то очень важно оценить насколько удачным оказалось
решение. Тогда целью функционального анализа является проверка
полученных решений на соответствие принципам строения и
функционирования ТС и закономерностям их развития, и, прежде всего, с позиции
принципа соответствия функции и структуры.
Аналогичная задача ставится и в том случае, если имеется прототип.
Функциональный подход позволяет выявить его основные недостатки и
поставить задачи по его совершенствованию.
Функциональный подход предусматривает анализ функций как ТО
в целом, так и его компонентов и связей (см. рис. 5.11).
ТО создается для удовлетворения определенных потребностей. Для
этого он должен выполнять определенные функции. Это может быть
одна функция или несколько. Если функций несколько, то они могут
быть независимы или взаимно дополнять друг друга. Например,
карандаш — оставлять след на бумаге. Если он имеет ластик для стирания, то
это вторая его функция, если — яркий колпачок, используемый в
качестве указки, то это третья функция, если зажим для закрепления его,
например, в кармане, то это четвертая функция.
ТО может выполнять несколько взаимно дополняющих функций.
Например, телевизор — преобразует электромагнитные волны в
изображение и звук, и позволяет осуществлять выбор принимаемых
программ.
ГПФ реализуется через РО, взаимодействующий с объектом, на
который направлено его действие. РО может выполнить свои функции,

220
Раздел 2. Приемы и методы решения технических задач
если к нему подводится энергия и управление, т. е. в общем случае,
рабочий орган может успешно функционировать, если его работу
обеспечивают основные компоненты ТС: ПЭ, ОУ, Тр, которые выполняют
основные функции (ОФ), разумеется, если ТС полная (см.
рис. 5.5). Если этих компонентов в ТС нет, то их функцию выполняют
компоненты НС.
Для обеспечения функционирования РО нужно организовать
выполнение ОФ: преобразования энергии, формирования сигналов
управления и передачи веществ и энергий к РО. Таким образом, ОФ
обеспечивают выполнение ГПФ и подчинены ей (рис. 9.3).
Главная полезная функция
Основные функции:
передача веществ и энергии к РО
формирование сигналов управления
преобразование энергии
Дополнительные функции
Вспомогательные функции первого ранга
Дополнительные функции
Вспомогательные функции второго ранга
Рис. 9.3. Иерархическое представление связей функций ТО
Для качественной работы ТС в нее могут быть введены
вспомогательные функции, которые обеспечивают выполнение ОФ.
Например, выработка сигнала (команды) для реализации ОФ
(измерители-преобразователи), коммутация (штепсельные разъемы);
преобразование свойств веществ или полей (температуры, давления, положения)
в электрические сигналы, необходимые для работы основных
компонентов; согласование работы основных функциональных компонентов.
Для качественного выполнения основных и вспомогательных
функций могут вводиться дополнительные функции.
Дополнительные функции, совместно с главной,
обеспечивают потребительные свойства ТО, улучшают выполнение его функций в

9. Функциональный анализ технических объектов
221
целом или его компонентов, расширяют область его применения.
Общим признаком дополнительных функций является повышение
качества выполнения функции, улучшение условий работы соответствующего
функционального компонента.
К дополнительным функциям относятся: измерение параметров
(температуры, давления, положения) для контроля протекающих
процессов; обеспечение безопасности человека (защитные устройства):
защита устройства от перегрузок (предохранители); предупреждение
самоотвинчивания резьбовых соединений (например, шайбы Гровера);
повышение устойчивости работы устройства (отрицательная обратная
связь); обеспечение технологичности конструкции, обслуживания ТО,
например, возможности подналадки и регулировки режимов работы
устройства (подстроенные конденсаторы, технологические
компенсаторы при выполнении сборочных работ, технологические стыки и
разъемы); диагностика работы устройства (индикаторы).
Отличительным признаком вспомогательных функций является то,
что без выполнения этих функций не может выполняться главная
функция, а если не выполняется дополнительная функция, то ГПФ
может выполняться, но качество будет низкое. Например, гашение
вибраций при обработке резанием (виброгасители) способствует повышению
качества получаемой поверхности. Токарные станки-автоматы
снабжаются стружколомателями, иначе для удаления сливной стружки
необходимо присутствие токаря. Смазочно-охлаждающая жидкость снижает
трение при обработке резанием и обеспечивает требуемый тепловой
режим при обработке.
Следует отметить, что деление функций на вспомогательные и
дополнительные в некоторых случаях может иметь весьма условный
характер. Это деление носит чисто методический характер. Многие
компоненты могут одновременно выполнять и те, и другие функции. При
проектировании к этому всегда стремятся. Например, стараются
совместить конструктивные стыки с технологическими. Но иногда
приходиться делать специальные разъемы для выполнения регулировочных
или ремонтных работ при эксплуатации.
Например, сильфоны в трубопроводах выполняют две функции:
вспомогательную — для уменьшения внутренних напряжений при
неравномерном нагреве при эксплуатации, и одновременно
дополнительную — для снижения монтажных напряжений при сборке (снижаются
требования к точности увязки размеров).
Наглядным примером дополнительной функции служит резистив-
ная мозаика в тонкопленочной микроэлектронике, которая позволяет
подобрать требуемое значение сопротивления. На подложке
микросхемы создают набор пленочных резисторов разного номинала, а
распаивают в схему только отдельные участки (рис. 9.4, б). Возможно также
создание бисистемы, когда к основному резистору добавляется шунти-

222
Раздел 2. Приемы и методы решения технических задач
а б в
Рис. 9.4. Виды резисторов:
а — обычный резистор; б — подстроечный резистор; в — бисистема
рующий (рис. 9.4, в), в котором для увеличения сопротивления
выполняют резы, осуществляя подгонку.
Таким образом, основные и вспомогательные функции образуют
некоторую иерархию, подчинение, которое можно представить в виде
граф-дерева (см. рис. 9.3). Дополнительные функции подчинены тем
функциям, работу которых они улучшают.
Ранг вспомогательных функций определяет ее место в иерархии
функций, обеспечивающих выполнение главной функции. Чем ближе
рассматриваемая функция к ГПФ, тем выше ее ранг.
Вспомогательные функции первого ранга обеспечивают
выполнение основной, вспомогательные функции второго ранга — выполнение
вспомогательных функций первого ранга и т. д.
Дополнительных, основных и вспомогательных функций может
быть несколько.
9.1. Формулирование функций
Функцию ТО можно рассматривать, с одной стороны, как его
предназначение и, с другой, — как некоторое действие, совершаемое
им, и которое определяет его полезность, его потребительные
свойства. Например, функция ножа — резать твердый материал. Он может
выполнять эту функцию, если обладает определенными свойствами,
например, он острый и по своим размерам соответствует
обрабатываемому объекту.
Функционирование ТО заключается в выполнении некоторых
операций по преобразованию веществ и полей для обнаружения,
измерения или изменения других каких-либо объектов, например:
электродвигатель — преобразует электрическую энергию в механическое
движение; кронштейн — передает нагрузку от некоторого компонента на
несущую часть конструкции, смазка снижает силу трения в подвижном
соединении деталей, тензодатчик — преобразует деформацию
конструкции в электрический сигнал.

9. Функциональный анализ технических объектов
223
Как уже отмечалось, при формулировании функций в зависимости
от того, какую задачу предполагают решать можно ставить две цели:
1) сформулировать задание для создания нового ТО. Это
подготовительный этап для определения возможных физических операций и
синтеза возможных вариантов ФПД проектируемого ТО;
2) провести функциональный анализ уже разработанного ТО, чтобы
выявить его недостатки и улучшить.
В обоих случаях для того, чтобы определить функцию ТО, нужно
ответить на вопрос: «Какую операцию он выполняет или должен
выполнять?». Поэтому в формулировке функции нужно указать
производимое действие, объект, на который направлено это действие и
обстоятельства, при которых это действие происходит (или должно
выполняться):
<Действие > < Объект функции> <Обстоятельства>
<Действие> — глагол в неопределенной форме, прямого
действия;
<Объект функции> — предмет, на который направлено
действие;
<Обстоятельства> — пространственно-временная и
вещественно-полевая характеристики условий, в которых должно
выполняться действие.
Например, измерять температуру твердого тела в диапазоне от -50
до +50 °С. Защитить от вибрации радиоэлектронный блок в диапазоне
частот от 20 до 1000 Гц и перегрузке, изменяющейся по линейному закону
от 5 до 20g.
В формулировке функции содержится задание для разработки
объекта. Поэтому важно чтобы это задание, с одной стороны, было
настолько конкретным, чтобы было понятно в каком направлении искать
решение и какие средства (ресурсы) для этого можно привлечь. С
другой стороны, важно, чтобы эта формулировка не сужала область поиска
и не создавала ВПИ. Поэтому в формулировке функции не должно
быть даже намека на возможный принцип действия создаваемого
устройства и, тем более на возможное техническое или конструктор-
ско-технологическое решение.
Действие можно сформулировать двумя способами: либо
применить глагол, либо использовать отглагольное существительное (табл. 9.1).
При использовании глагольной формы действие должно
выражаться глаголом прямого действия, который конкретизирует задачу.
Глаголы непрямого действия, например, улучшить, исключить, добиться,
обеспечить, предотвратить и т. д. не дают, как правило, четкости в
формулировке задачи. Поэтому их употреблять не рекомендуется.
Форма с использованием отглагольного существительного
описывает предназначение объекта, и в ряде случаев оказывается более
естественной.

224
Раздел 2. Приемы и методы решения технических задач
Таблица 9.1. Две формы описания функции технического устройства
Техническое
устройство
Датчик

Трансформатор
Сердечник
Глагольная форма — действие
Измеряет положение объекта
Понижает напряжение
переменного электрического тока
Проводит магнитный поток
Форма с использованием
отглагольного существительного —
предназначение
Измерение положения объекта
Понижение напряжения переменного
электрического тока
Проведение магнитного потока
Объект функции может выражаться либо конкретным
понятием, обозначающим материальный объект, например, некоторое
вещество, которое нужно изменить или обнаружить: формовать деталь,
перемешивать раствор, фиксировать механизм в заданном положении
(защелка), обнаруживать наличие окиси углерода в некоторой среде
и т. д., либо абстрактным понятием, обозначающим некоторые
простые свойства вещества, поля или процессов, в которых нужно что-то
обнаружить, измерить или изменить, преобразовать. Например,
измерять температуру среды, перекрывать поток жидкости, регулировать
расход газа и т. д. Процесс проверки герметичности — определить
места (полевая характеристика) и величину утечки среды (параметр).
Свойство должно быть простым и характеризоваться одним
параметром. В формулировке функции нельзя использовать наименования
свойств, которые характеризуются несколькими простыми, например,
повысить надежность, экономичность, качество. Надежность — это
комплексный показатель, который характеризуется частными
показателями: долговечностью, безотказностью, ремонтопригодностью и
сохраняемостью. Поэтому в формулировке: «повысить надежность...»
непонятно, о чем идет речь.
Понятие «экономичность» очень широкое, его нужно раскрыть,
например, экономическая эффективность, топливная эффективность.
Часто объект должен выполнять не одну, а несколько функций.
И если хотя бы одну из них он не выполняет, то пропадает полезность
этого объекта.
Несколько функций могут быть связанными или находиться в
отношении подчинения.
В формулировке ГПФ нужно указывать все необходимые
связанные функции. Например, обратный клапан — пропускать рабочую
среду в одном направлении и не пропускать в другом; подъемный кран —
поднимать и перемещать груз; кондукторная втулка — определять
положение инструмента (сверла) относительно установочных баз
приспособления и направлять его движение в процессе обработки.
Если ТО должен выполнять несколько функций, то необходимо
проверить не находятся ли они в отношении подчинения.
Подчиненная функция отражает дополнительное требование. Это не
означает, что оно менее важно. Без выполнения этой функции могут про-

9. Функциональный анализ технических объектов
225
пасть потребительные свойства ТО. Просто подчиненная функция
может быть выполнена только после того, как выполнена подчиняющая.
Например, рама велосипеда — удерживать детали и сборочные единицы
в заданном взаимном положении (Oj), и сохранять это положение при
воздействии на него нагрузок, т. е. обеспечивать жесткость
конструкции (Фг). Функция Ф2 является подчиненной по отношению к
функции Ф\. Ф2 — это дополнительное требование.
В случае подчинения функций нужно давать формулировку только
подчиняющей функции. Подчиненная функция будет относиться к
вспомогательной функции.
Например, станочное приспособление: определяет положение
заготовки на станке (Ф\), удерживает заготовку в заданном положении (Ф2)
и воспринимает силы резания (Фз). Функции Ф2 и Фз являются
подчиненными по отношению kOj.A требование иметь высокую жесткость,
т. е. не деформироваться в процессе обработки (иначе появится
дополнительная погрешность) — это подчиненная функция. Ее можно
выполнить, если выполняются первые три функции.
Опыт показывает, что даже людям, имеющим навыки в проведении
функционального анализа, не всегда сразу удается четко
сформулировать функции исследуемых объектов. Поэтому, рекомендуется сначала
сформулировать функцию в том виде как она естественно следует из
условия решаемой задачей. Затем подобрать синонимы и выбрать
наиболее емкий термин, т. е. обобщить понятия, которые участвуют в
формулировке, как в отношении действия, так и в отношении объекта
функции. Например, мясорубка — резать мясо. Такая конкретная
формулировка ориентирует на использование именно этого принципа
действия — резать. Более общая формулировка — измельчать продукт —
способствует поиску и других принципов действия. А формулировка —
обрабатывать продукт — настолько общая, что уже непонятно о каком
действии идет речь. Это может быть: очищать, перемешивать, удалять
и т. д.
Формулирование функций является одним из видов моделирования
задачи, и как всякая модель, она должна быть прагматичной, обладать
эвристической силой. Поэтому нужно найти такие формулировки,
которые способствуют продвижению вперед при решении задачи.
Если имеется прототип или спроектирован черновой набросок ТО,
то проведение функционального анализа для его улучшения имеет
некоторые особенности. Для вьщеленных функциональных компонентов
формулируются выполняемые ими функции. Типовыми ошибками в
формулировании функции является либо сужение функции, либо ее
расширение.
Чтобы убедиться в правильности сформулированной функции
необходимо:
1) выявить рабочий орган ТС. Именно он непосредственно
участвует в выполнении ГПФ. Все остальные функциональные компоненты

226
Раздел 2. Приемы и методы решения технических задач
участвуют в выполнении ГПФ опосредованно, через РО. Для этого
нужно посмотреть, к какому компоненту ТС подводится энергия и
управляющий сигнал.
Если ТО выполняет несколько функций, то у него может быть
несколько РО. Например, грузовой автомобиль — перемещать груз,
предусматривает наличие двух функций: размещения груза (кузов) и
перемещения (движитель).
2) проверить может ли ТО сам выполнить сформулированную
функцию;
3) проверить не состоят ли несколько выделенных функций в
отношении подчинения. Для этого нужно проанализировать, не выполняет
ли рассматриваемый ТО какие-либо другие функции. И если
выполняет, то являются ли все выполняемые им функции независимыми или
связаны между собой;
4) проверить не произошло ли сужение функции или ее
расширение. Для этого целесообразно описать зачем (для чего) выполняется эта
функция и проверить соответствует ли функция предъявляемым
требованиям. Здесь необходимо отметить, что объектом функции всегда
является некоторый компонент ближайшей НС или свойство,
характеризующее надсистему. Например, электрическая лампа: излучать свет,
РО — нить накаливания; светильник: освещать предметы, ТО —
светильник, ПЭ — нить накаливания, РО — отражатель, рассеиватель.
Функция лампы излучать свет. Можно сказать: преобразовывать
электрическую энергию в световую. Но эта вторая формулировка уже
ориентирует на использование электрической энергии, т. е. эта
формулировка исключает из рассмотрения другие ФПД получения света.
Например, в формулировке функции кондукторной втулки: определять
положение инструмента относительно заготовки, произошло расширение
функции. Эту функцию выполняет приспособление в целом.
ГПФ технического объекта в целом или его компонента направлена
на выполнение требований первой вышестоящей системы. Поэтому
формулирование функций ТО и его компонентов целесообразно
осуществлять одновременно с анализом связей между функциями,
выполняемыми его компонентами.
9.2. Функционально-структурный анализ
технического объекта
Целью функционально-структурного анализа ТО может быть
улучшение функционирования, как отдельных его компонентов, так и
объекта в целом, а также выявление недостатков в ТО и формулирование
задач по их устранению.

9. Функциональный анализ технических объектов
227
Для проведения системно-структурного анализа можно предложить
две модели, которые дополняют друг друга.
1. Структурная схема в виде графа, которая отражает взаимосвязь
функций или выделенных компонентов.
2. Табличная модель, в которой дается описание функций,
характера связей между функциями или компонентами и результаты анализа,
т. е. она применяется для проведения содержательного анализа.
При проведении функционально-структурного анализа ТС можно
выделить два подхода: операционный ипредметный.
При операционном подходе объектом анализа являются
функции (операции), выполняемые ТО и его компонентами. Поэтому в
структурной модели вершины графа обозначают функции,
выполняемые ТО в целом и его компонентами, а ребра отражают связь функций.
Например, модель, представленная на рис. 9.3, показывает
подчиненность функций.
При предметном подходе объектом анализа являются
компоненты ТС. Поэтому в структурной модели вершины графа обозначают
компоненты ТС, выделенные по какому-либо признаку, а ребра
отражают связи между вьщеленными компонентами либо конструктивные
(обеспечивающие конструктивную целостность ТО), либо
функциональные (обеспечивающие выполнение ГПФ).
Как было отмечено, все ТО можно условно разделить на две
группы: ТО, функционирование которых направлено на преобразование
потоков веществ, энергии и сигналов и статические системы,
представляющие собой жесткие конструкции, ГПФ которых является
определение взаимного расположения конструктивных элементов и сохранение
своей формы под действием внешних нагрузок.
Исследование ТС первой и второй групп имеет некоторые
особенности. В первую очередь, по применяемым моделям. Для
моделирования ТО как первой, так и второй группы могут
использоваться различные структурные модели, применение которых зависит от
особенностей ТО, его структурной сложности и характера решаемой
задачи.
9.2.1. Операционный подход
Основой операционного подхода является иерархическая модель, в
которой отражается соподчиненность функций при формировании
ГПФ (см. рис. 9.3).
Выполнение любой функции влечет за собой появление НЭ — за
все надо платить. Поэтому анализ функций целесообразно проводить с
помощью модели в виде граф-дерева, которая получила название
диаграммы Исикавы — Сибирякова. На этой диаграмме отражают как
выполняемые функции, так и возможные НЭ, которые они влекут за со-

228
Раздел 2. Приемы и методы решения технических задач
бой (рис. 9.5). Эта модель способствует концентрации внимания на
поиске НЭ, раскрытию соответствующих им социально-технических
противоречий и, тем самым, позволяет наметить ряд задач, которые
необходимо решать.
Вспомогательная функция
Основная
функция 1
ГПФ
Основная
функция 2
первого ранга 1.1
Вспомогательная функция
первого ранга 1.2
Дополнительная
^
НЭ2
функция- 2.1
Основная
функция 3
Вспомогательная функция
первого ранга 3.1
Вспомогательная функция
первого ранга 3.2
НЭ,
нэ„.
Рис. 9.5. Анализ функций с помощью диаграммы Исикавы — Сибирякова
Естественно, что НЭ появляются тогда, когда намечены ФПД и
технические решения компонентов, которые выполняют эти функции.
НЭ не очевидны, они не сразу видны, а эта модель способствует тому,
чтобы акцентировать внимание на их поиск.
Если при разработке нового ТО имеется прототип, то модель,
представленная на рис. 9.5, позволяет систематизировано подойти к его
анализу в функциональном аспекте. Она способствует тому, что
разработчик отвлекается от конкретики прототипа, используя его лишь как
стимул. В его рассуждениях категории функциональных компонентов
заменяются категориями мышления на уровне функций. Это позволяет
легче преодолеть ВПИ, обусловленный наличием прототипа.
Функциональный анализ нужно начинать с построения
иерархической модели связи функций (см. рис. 9.5). Затем в ТС выделить
функциональные компоненты и провести анализ выполняемых ими
функций. Поскольку целью создания ТО является выполнение ГПФ,
то функциональные компоненты нужно вьщелять по отношению их
к ГПФ.

9. Функциональный анализ технических объектов
229
При проведении функционально-структурного анализа и поиска
возможных направлений совершенствования ТО можно
воспользоваться следующими рекомендациями.
1. Представить себе и сформулировать идеальное техническое
решение для ТО в целом и его компонентов.
2. В соответствии с принципом соответствия функции и структуры
провести оценку уровня выполнения функций для выделенных
функциональных компонентов на качественном уровне: недостаточный,
адекватный, избыточный.
Адекватный — если изменение (увеличение или уменьшение)
параметра, характеризующего эту функцию, приводит только к ухудшению
выполняемой функции.
Недостаточный — если увеличение существенного свойства,
характеризующего эту функцию, приводит к улучшению выполняемой
функции.
Избыточный — если уменьшение параметра, характеризующего эту
функцию, приводит к улучшению выполняемой функции.
Анализ показывает, что функциональная избыточность часто
встречается в ТО. Для исключения этого нужно представить, что
произойдет, если этого компонента не будет, т. е. упразднить его.
Воспользоваться оператором РВС (см. разд. 6.4) — увеличить или
уменьшить выполняемую функцию (прием — количественные
изменения). Проанализировать, как это отразится на выполнении ближайшей
вышестоящей функции. Если это приводит к ухудшению выполнения
функции, то можно предположить, что функция выполняется
адекватно. При этом возможно неадекватное воздействие рассматриваемого
функционального компонента на другие компоненты. Кроме того,
адекватность в одном отношении может приводить к избыточности или
недостаточности в другом отношении, при других режимах работы
устройства. Например, в случае, показанном в примере 7.4 (см. рис. 7.6).
3. Для каждой функции постараться найти НЭ, факторы расплаты,
проанализировать, не связаны ли они с избыточностью выполняемых
функций.
4. Рассмотреть возможность структурной перестройки
рассматриваемой ТС, возможности перераспределения функций между
компонентами. Оценить сколько функций выполняет каждый компонент.
Можно ли часть из них упразднить или передать другим компонентам?
Продумать каким. Можно ли объединить несколько функций,
выполняемых смежными компонентами, в одном компоненте?
Объединение нескольких функций в одном компоненте
соответствует направлению универсализации, а разделение функций —
специализации, которые были рассмотрены как приемы повышения степени
идеальности технических объектов в подразд. 7.1.2.
Попытаться упразднить какую-либо функцию. Это приведет к тому,
что упразднятся и НЭ, которые связаны с выполнением этой функции.

230
Раздел 2. Приемы и методы решения технических задач
Причем, чем ближе упраздняемая функция к ГПФ, т. е. выше ее ранг и
она расположена левее на диаграмме Исикавы — Сибирякова (см.
рис. 9.5), тем выше эффективность удаления этой функции, так как
вместе с ней упраздняются и вспомогательные функции,
расположенные правее. А вместе с ними пропадают и НЭ, которые они
порождают. Таким образом, в первую очередь целесообразно рассмотреть
возможность упразднения функций более высокого ранга.
Можно попытаться передать выполнение функции в НС. При
удалении функции изменяется структура ТС, следовательно, и ее
системные свойства.
5. Сформулировать противоречия и наметить способ их разрешения
(см. разд. 8.4). Рассмотреть возможность применения другого ФПД для
выполнения функции. Рассмотреть возможность полезного
использования НЭ (прием — обратить вред в пользу).
Приведенные рекомендации основаны на приемах повышения
степени идеальности ТО (см. разд. 7.1) и использовании приемов
изменения системных свойств ТО (см. рис. 6.26). Однако следует отметить,
что изменение системных свойств может проявиться как в
положительном плане (улучшится выполнение полезных функций, могут
снизиться или совсем пропасть нежелательные эффекты), так и в
отрицательном (могут появиться другие НЭ). Поэтому проведение каждого
из этих мероприятий должно сопровождаться системным анализом и,
в первую очередь, поиском НЭ, которые могут возникнуть от этих
мероприятий.
Все предлагаемые варианты решений нужно оценить как на
появление дополнительных положительных, так и нежелательных
эффектов. Результаты проведенного анализа целесообразно записать
(например, в виде таблицы), и посмотреть, как изменится функциональная
схема ТО.
Пример 9.1. Построение функциональной структуры втулки.
Рассмотрим втулку, в которую устанавливается ведомая шестерня (рис. 9.6).
Рис. 9.6. Конструктивная схема работы втулки для ведомой шестерни:
а — сборка; б — эскиз втулки; А, В — отверстия; С, Д — канавки для прохода масла

9. Функциональный анализ технических объектов
231
Чтобы понять функции втулки нужно рассмотреть не только ее
функциональные компоненты, но и ее связи с НС, т. е. корпусом, в
который она установлена, и шестерней, которую она удерживает.
Для лучшего понимания схемы взаимосвязи функций,
выполняемых компонентами рассматриваемой ТС, в модели связи функций
(рис. 9.7) отражены функциональные компоненты.
Следует отметить, что в качестве функциональных компонентов
могут быть не только детали, но и узлы, а также отдельные
конструктивные элементы деталей.
ГПФ
_Ф1
Определить положение оси Х-Х
шестерни в пространстве и
воспринимать радиальные
усилия ,
Цилиндрическая
часть втулки
Удерживать шестерню в
заданном положении,
воспринимать от нее
осевые и радиальные
усилия и позволять ей
вращаться
ф2
\
Определить положение
шестерни вдоль оси Х~Х и
воспринимать осевые
усилия
ф.
Позволять шестерне
вращаться вокруг оси
Осевой зазор
в соединении
ф,
Пропустить масло к
цилиндрической
поверхности трения
Отверстие А
Ф
32
Фланец
Канавка С
Фа
Пропустить масло к
торцевой поверхности
трения
J
Пропустить масло к
отверстию А при
возможном смещении
осей отверстий в
корпусе В и втулке
J
Канавка Д
J
Рис. 9.7. Схема взаимосвязи функций втулки ведомой шестерни
Для упрощения модели, представленной на рис. 9.7, НЭ сведены в
табл. 9.2. В табличную модель можно ввести еще один раздел —
мероприятия по устранению НЭ.
Иерархическая модель связи функций удобна тем, что позволяет
более четко видеть взаимосвязь функций и, тем самым, хорошо
представлять себе последствия возможных направлений изменения ТО с
целью его совершенствования. Из этой схемы следует, что если
найдется способ избавиться от одной из основных или вспомогательных
функций высокого ранга, то тем самым пропадает вся цепочка
функций справа от упраздненной функции. Например, втулка, выполненная
из пористого материала, позволит: не выполнять часть конструктивных
элементов втулки, саму втулку установить в корпус на резьбе, тогда
появится возможность регулировки зазора в шестеренчатом
соединении, как при начальной сборке, так и по мере износа торцевой части
шестерни или самой втулки. Можно снизить износ за счет локального
упрочнения сопрягаемых поверхностей.

232
Раздел 2. Приемы и методы решения технических задач
Таблица 9.2. Табличная модель к примеру 9.1
Функция
Фп — определяет
положение оси
Х—Х шестерни в
пространстве и
воспринимает
радиальные усилия
Ф12 — определяет
положение оси
Х—Х втулки в
пространстве
относительно корпуса
Ф2 — определяет
положение
шестерни вдоль оси Х—Х.
Воспринимает
осевые усилия
Фз — позволяет
шестерне вращаться
вокруг оси
Ф31 — пропускает
масло к
поверхности трения
Ф32 — пропускает
масло к отверстию
! «А» при возможном
смещении осей
отверстий в корпусе
(В) и втулке (А)
Фзз — пропускает
масло к
поверхности трения: фланец
втулки — фланец
шестерни
Компонент

Цилиндрическая
часть
внутренняя

Цилиндрическая
часть
наружная
Фланец

Цилиндрическая
часть
внутренняя
Отверстие А
Канавка С
Канавка Д
Ранг
функции
Основная

Вспомогательная
Основная
Основная
Основная
(Тр)

Вспомогательная

Вспомогательная
Уровень
выполнения

Избыточный*
Адекватный
Избыточ-
ныи
Адекватный
Адекватный

Недостаточный***
Адекватный
Адекват-
., ****
ныи
НЭ
Трение, неравномерный износ
приводит к увеличению зазора в
зубчатом соединении
Высокая точность диаметра.
Высокие требования по соосности
с внутренней цилиндрической
поверхностью
Трение; износ приводит к
увеличению зазора в зубчатом
соединении
Зазор в соединении приводит к
дополнительному зазору в
соединении шестерен
Действие локально, а нужно по
всей поверхности трения
Снижается прочность втулки,
увеличивается гидравлическое
сопротивление
Увеличивает толщину фланца
* Для ориентации шестерни достаточно двух поясков.
** Базирование по плоскости определяет три координаты, а нужна только одна —
положение вдоль оси Х—Х.
*** Можно усилить подачу масла в верхнюю часть, выполнив спиральные канавки
на цилиндрической части шестерни.
**** Можно усилить функцию, используя центробежные силы, например,
выполнить спиральную канавку на торцевой части шестерни, прилегающей к втулке. Можно
усилить функцию, выполнив спиральную канавку на цилиндрической части шестерни.

9. Функциональный анализ технических объектов
233
Таким образом, иерархическая модель ориентирует на
функционально-ценностный аспект анализа, в котором используются такие
категории мышления как: выполняемая функция, нежелательные
эффекты, системный эффект и приемы, направленные на повышение
степени идеальности ТО (объединение-разделение, упразднение функций).
Все это активизирует мышление на поиск других возможных вариантов
решения задачи.
9.2.2. Предметный подход
Как было отмечено, при предметном подходе в вершинах графа
располагаются конструктивные компоненты ТО, которые выделяются
из ТС по функциональному признаку, а не функции как в
иерархической модели (см. рис. 9.5).
При создании ТО, функционирование которых основано на
преобразовании потоков веществ, информации и энергии (относящихся ко
второй группе, см. подразд. 7.2.2) важной задачей является
формирование ФПД каждого преобразователя. Поэтому для таких ТО весьма
полезной может быть модель, предложенная А. И. Половинкиным [90],
которую он назвал потоковой функциональной схемой
(ПФС). В этой модели отражается последовательность выполняемых
физических операций по преобразованию потоков веществ, сигналов и
полей, временная подчиненность выполняемых функций (действий).
Обобщенную схему ТО, состоящего из ПЭ, Тр, ОУ и РО (рис. 5.6),
можно рассматривать как ПФС. Ее применение также предусматривает
анализ адекватности выполняемых функций и использование приемов,
направленных на улучшение выполнения техническим объектом ГПФ,
предложенных в подразд. 9.2.1. Однако прежде всего эта модель
акцентирует внимание на том, какая физическая операция выполняется
рассматриваемым функциональным компонентом и каким ФПД можно
реализовать эту операцию.
Пример 9.2. Процесс образования отверстия с помощью пневмодрели.
Рассмотрим ПФС процесса образования отверстия с помощью
пневмодрели (рис. 9.8).
Эвристическая полезность этой модели связана с использованием
операции обобщающей абстракции.
-
Сжатый воздух
>
'
п
h/
{
Компоненты НС
Редуктор
—*
Патрон
Заготовка
>
У
1
S
Рис. 9.8. Потоковая функциональная схема процесса сверления отверстия пневмодрелью

234
Раздел 2. Приемы и методы решения технических задач
Сначала для конкретного объекта (прототипа) выделяются
функциональные компоненты, затем разрабатывается ПФС в виде графа.
Вершинами графа являются функциональные компоненты, а также
вещества и поля, которые поступают на вход анализируемого ТО.
Дуги графа показывают направление преобразований веществ и
полей. На них можно обозначить фазовые переменные. Затем для
каждого функционального компонента применяется операция
обобщающей абстракции — дается обобщенное наименование выполняемой
операции (рис. 9.9).
Вид энергии
Компоненты НС
Л
Заготовка
1
t
Преобразование
энергии
Усиление крутящего
момента
Передача крутящего
момента инструменту
Вращение
инструмента
Рис. 9.9. Обобщенная потоковая функциональная схема образования отверстия
При переходе от конкретной (см. рис. 9.8) к обобщенной ПФС
(см. рис. 9.9) происходит переключение с предметного на
операционный подход. Это позволяет наметить область возможных решений по
использованию других физических принципов действия для
выполнения физических операций. Например, другой вид энергии, другую
схему редуктора, другое приспособление для закрепления инструмента и,
наконец, другой принцип действия инструмента, например, вместо
резания — пробивать отверстие или применить электрофизические
процессы.
Применение обобщающего наименования, например,
Компонент
Пружина, конденсатор, сжатый воздух
Напряжение электрического тока
Термометр, амперметр ...
Фреза
Трансформатор, редуктор
Упор, предохранительный клапан
С—i-контур
Электродвигатель, генератор
Обобщающее наименование
Накопитель потенциальной энергии
Вид энергии, управляющего сигнала
Измеритель параметра состояния
Инструмент, РО
Преобразователь
Ограничитель выполняемой функции
Фильтр сигнала
Преобразователь одного вида энергии
в другой
способствует вовлечению в рассмотрение других ФПД для
выполняемой операции, активизации мышления по привлечению аналогий для

9. Функциональный анализ технических объектов
235
поиска возможных технических решений. Например, термин
«измеритель параметра состояния» может привести к мысли об измерении
другого параметра для организации функции контроля или управления.
А термин «вид энергии, управляющего сигнала» направляют на поиск
возможностей использования другого вида энергии или управляющего
сигнала.
Следует отметить, что, в отличие от иерархической модели, ПФС
проще для анализа. Она может быть представлена в виде линейного
графа или линейного графа с обратными связями.
В процессе проектирования конструкции инженер решает ряд
задач, в результате чего в структуре ТО формируются компоненты,
которые, с одной стороны, обеспечивают выполнение ГПФ, отражающей
назначение ТО, и, с другой стороны, — компоненты, обеспечивающие
конструктивную целостность объекта, выполнение дополнительных
требований, указанных в проектном задании, а также диктуемых
технологией производства и эксплуатации. В общем случае в
конструктивной схеме ТО можно выделить компоненты, которые предназначены
для выполнения следующих функций (рис. 9.10):
• определение требуемого взаимного расположения частей
конструкции технического устройства и их соединение между собой;
• выполнение заданных технических требований;
• обеспечение технологичности конструкции (технологические
функции).
Увязать параметры
Передать усилия
1
Придать жесткость
конструкции
Обеспечить необходимые
виды перемещений
Обеспечить
взаимозаменяемость
Обеспечить регулировку
при эксплуатации
ГПФ
Рис. 9.10. Иерархическая модель конструктивных функций ТО

236
Раздел 2. Приемы и методы решения технических задач
Для анализа функций компонентов, обеспечивающих
конструктивную целостность технического устройства, А. И. Половинкиным [90]
была предложена модель, которую он назвал конструктивная
функциональная схема (КФС). В этой модели в вершинах
графа располагаются функциональные компоненты технического
устройства, а ребра отражают конструктивные связи между ними.
Конструктивные связи в КФС двусторонние, поэтому граф КФС
неориентированный (в отличие от иерархической модели и ПФС).
Для статических объектов это могут быть компоненты,
функционирование которых направлено на выполнение ГПФ. Для ТО,
осуществляющих преобразование потоков энергии и сигналов, выделяются
компоненты, обеспечивающие конструктивную целостность ТО. Здесь
важно установить какие функциональные компоненты обеспечивают
целостность структуры ТС и как они связаны между собой.
В табличной модели приводится описание функций выделенных
компонентов и связей между ними, дается оценка уровня выполнения
функций и рассматриваются возможные варианты конструкторско-тех-
нологических решений.
При формулировании функций конструктивных компонентов
следует ориентироваться на рекомендации, изложенные в разд. 9.1.
Однако, не всегда удается сформулировать функцию по схеме:
<Действие> < Объект функции> < Обстоятельствах
Здесь чаще используется отглагольная форма существительного (см.
табл. 9.1), например, возможны формулировки: «Предназначен для ...»,
«Служит для ......
Пример 9.3. Построение КФС переходной фермы. Переходные
фермы (рис. 9.11) устанавливаются между отсеками летательного аппарата.
Рис. 9.11. Эскиз переходной фермы

9. Функциональный анализ технических объектов
237
В них могут располагаться выступающие части двигательной
установки, часть днища топливного бака, элементы разделения ступеней.
ГПФ переходной фермы являются: определение взаимного
положения торцевых шпангоутов соседних отсеков и передача осевых усилий
на заданное расстояние между ними.
Для проведения функционального анализа составляется табличная
модель (табл. 9.3) и модель связи конструктивных элементов в виде
графа (рис. 9.12).
Шпангоут
Фитинги
Стержни
Фитинги
Шпангоут
Рис. 9.12. Конструктивная схема фермы
Таблица 9.3. Табличная модель для конструктивной функциональной схемы
переходной фермы
Компонент
Шпангоут
Стержень
Фитинги
Выполняемая функция
1. Определение положение фермы относительно шпангоута соседнего отсека.
2. Восприятие изгибающего момента от внешних нагрузок.
3. Придание ферме пространственной жесткости
Передача осевых усилий на заданное расстояние
1. Передача и распределение осевых нагрузок от стержня к шпангоуту.
2. Определение положения стержней между собой и относительно шпангоута.
3. Обеспечение возможности автоматической сварки фитинга со стержнями
Рабочим органом в этой ТС являются стержни — именно они
выполняют ГПФ. Остальные компоненты выполняют вспомогательные и
дополнительные функции.
Для оценки уровня выполнения функций нужно проанализировать
соответствует ли выбранный материал, форма, размеры каждого
компонента уровню действующих нагрузок, рационально ли выбраны виды
соединений.
В этой конструкции НЭ является большое число элементов и,
соответственно, — соединений, что приводит к увеличению затрат на их
изготовление и сборку.
Попытки улучшения ТО могут быть направлены на изменение его
структуры. Здесь можно наметить следующие мероприятия по
совершенствованию конструкции.
1. Конструктивно объединить функциональные компоненты или
упразднить некоторые из них, передав их функцию другому компоненту.
Например, упразднить фитинги, передав их функцию шпангоуту, т. е.
объединить фитинг со шпангоутом, или передать их функцию стержню.
2. Передать некоторые функции в НС. Например, упразднить
шпангоут, — не делать один из шпангоутов, т. е. стыковать раму с
соседним отсеком по фитингам.
3. Изменить связи между компонентами, т. е. рассмотреть другие
возможные виды соединений.

238
Раздел 2. Приемы и методы решения технических задач
Пример 9.4. Обратный клапан. Обратные клапаны широко
применяются в пневмо- и гидросистемах летательных аппаратов, а также в
бытовой технике, например, в газовых баллонах для их заправки.
ГПФ обратного клапана — пропускать рабочую среду из полости А в
полость Б при повышенном давлении в полости А и не пропускать в
обратном направлении при повышенном давлении полости Б (рис. 9.13).
Рис. 9.13. Эскиз обратного клапана
Для проведения функционального анализа составляется табл. 9.4.
Таблица 9.4. Табличная модель обратного клапана
1
№ п/п
1
2
3
4
5
6
7
Наименование ^
Функция
компонента
Корпус ! Определяет положение
штуцера и пружины. Соединяет
клапан с трубопроводом
Пружина
Гайка опорная
Втулка
направляющая
Тарель клапана
Эластичная
вставка
Уплотнение
Перемещает клапан и
прижимает его к седлу
Передает усилие от
пружины на клапан. Направляет
пружину
Направляет движение
клапана в корпусе
Открывает магистраль при
повышении давления во
входной полости и
закрывает во всех остальных случаях
Герметизирует соединение
тарель-штуцер
Герметизирует резьбовое
соединение
нэ
-
В положении «Открыто» создает
гидравлическое сопротивление
Подвижное соединение работает в
рабочей среде, требуется высокая
точность сопряжения, продукты
износа засоряют трубопровод
-
-
-

9. Функциональный анализ технических объектов
239
Окончание табл. 9.4
№ п/п
8
9
Наименование
компонента
Штуцер
Контровочная
проволока
Функция
Соединяет клапан с
входным трубопроводом
Предотвращает
самопроизвольное отвинчивание
штуцера от корпуса
НЭ
—
-
Следует отметить, что некоторые из перечисленных
функциональных компонентов обеспечивают конструктивную целостность клапана,
а некоторые — выполнение ГПФ. Но эти функциональные
компоненты конструктивно связаны с теми, которые обеспечивают целостность
системы.
КФС в виде графа, представленного на рис. 9.14, отражает только
конструктивные связи.
ч
1. Корпус
9. Контровочная проволока
7. Уплотнение
2. Пружина
3. Гайка
опорная
4. Втулка
направляющая
Клапан
5. Тарель
клапана
--0\
8. Штуцер
6. Эластичная
вставка
Рис. 9.14. Конструктивная функциональная схема обратного клапана
КФС в большинстве случаев имеет сетевую структуру. На схеме,
изображенной на рис. 9.14, видно, что число связей в КФС
значительно больше, чем компонентов. И если для простых объектов это может
быть не столь важно, то при анализе ТС, которые имеют большое
число компонентов, получается громоздкая, плохо обозримая модель,
которую сложно анализировать. В этом случае можно объединить
несколько компонентов в одну функциональную группу, т. е. применить
иерархический подход к моделированию конструктивных связей.
КФС направляет внимание на выбор КТР деталей и узлов:
материалов, формы, взаимного расположения конструктивных элементов и
видов соединений.

240
Раздел Z. Приемы и методы решения технических задач
Виды и количество соединений существенно влияют на
трудоемкость процессов сборки и производственные затраты. К посадочным
поверхностям, как правило, предъявляются более высокие требования
по точности изготовления, чем к другим поверхностям.
В рассмотренном примере для совершенствования конструкции
можно применить следующие приемы: удаление, объединение и
разъединение конструктивных элементов.
Например, в клапане, приведенном на рис. 9.13, можно рассмотреть
следующие изменения:
1) упразднить направляющую втулку, передав ее функции корпусу;
2) эластичную вставку перенести со штуцера на тарель клапана;
3) упразднить гайку опорную, передав ее функции тарели и т. д.
Необходимо помнить, что любое, даже весьма незначительное
изменение в конструкции ТО приводит к изменению системных свойств,
которые могут проявляться как в благоприятном, так и в
неблагоприятном отношении.
Взаимосвязь функций обратного клапана в виде иерархической
модели показана на рис. 9.15. Его ГПФ состоит из двух функций, которые
Переместить тарель до
соприкосновения со штуцером
Герметизировать
полости А и Б
Деформировать
упругий элемент
Создать усилие
Направить
движение
тарели
Прижать тарель
к штуцеру
Создать
концентратор
напряжений
Переместить тарель от штуцера
Соединить
полости А и Б
Удержать в отжатом
положении
Сжать пружину
Рис. 9.15. Схема взаимосвязи функций обратного клапана (иерархическая модель):
а — для функции герметизировать полости; б — для функции соединить полости

9. Функциональный анализ технических объектов
241
должны выполняться в разные моменты времени. РО в этом
устройстве, выполняющим ГПФ, представлен в виде взаимодействия двух
компонентов — тарели и штуцера.
Из сравнения схем рис. 9.15 и рис. 9.14 видно, что иерархическая
модель связи функций проще, чем КФС, в ней нет конструктивных
элементов. Вершинами графа иерархической функциональной схемы
являются выполняемые функции, а дуги отражают связи и
подчиненность функций. В КФС вершинами являются функциональные
компоненты ТО, а ребра отражают конструктивные связи — соединения
между функциональными компонентами.
Пример 9.5. Станочное приспособление. Рассмотрим обобщенную
схему станочного приспособления, которое может устанавливаться как
на сверлильные, так и на фрезерные станки (рис. 9.16).
Рис. 9.16. Конструктивная функциональная схема станочного приспособления
ГПФ — определить положение заготовки относительно
инструмента и сохранить это положение при силовом воздействии инструмента
на заготовку (табл. 9.5). Здесь следует отметить, что вторая функция
является подчиненной по отношению к первой.
Таблица 9.5. Описание функций компонентов станочного приспособления
Компоненты
Установочные
Направляющие
Опорные
Зажимные
Привод
Корпус
Выполняемая функция
Определяют положение корпуса относительно стола станка
Определяют положение инструмента относительно опорных
элементов
Определяют положение заготовки относительно направляющих
и установочных элементов
Передают усилие закрепления на заготовку
Создает усилие закрепления
Определяет взаимное положение всех конструктивных элементов
между собой и их положение на столе станка и относительно
инструмента

242
Раздел 2. Приемы и методы решения технических задач
Иерархическая модель (рис. 9.17) позволяет выявить основные,
вспомогательные и дополнительные функции, которые необходимо
предусмотреть для того, чтобы выполнялась ГПФ.
Базировать заготовку
относительно
приспособления
Определить положение
приспособления
относительно стола станка
ГПФ
Определить положение
инструмента относительно
приспособления
1. Определить положение
заготовки относительно
инструмента.
2. Сохранить это положение
при силовом воздействии
инструмента на заготовку.
Закрепить приспособление
на столе станка
Создать усилие закрепления
заготовки
Рис. 9.17. Взаимосвязь функций, выполняемых станочным приспособлением
(иерархическая модель)
Вычленение функций позволяет привлечь операцию изолирующей
абстракции (см. приложение 5) для поиска НЭ. Например, можно
отметить следующие НЭ от усилия закрепления.
1) деформация заготовки от усилия закрепления и усилий резания;
2) образование вмятин на заготовке от контактирующих деталей:
опорных и зажимных элементов.
Продолжение примера 9.2. На рис. 9.8 была приведена ПФС
процесса сверления отверстия пневмодрелью. На рис. 9.18 для сравнения
приведены иерархическая функциональная модель электродрели и ее КФС.
В заключение необходимо отметить, что функциональный анализ и
применяемые в нем модели — это один из начальных этапов решения
технической задачи. Он предназначен, в первую очередь, для того,
чтобы четко сформулировать задачи, которые нужно решать и позволяет
концептуально определиться в выборе направлений поиска решений.
Иерархическая модель (см. рис. 9.3) является наиболее общей и
универсальной. Ее можно использовать для анализа любых систем.
Для ТО, осуществляющих преобразование потоков энергии и
сигналов удобно использовать ПФС. Эта модель ориентирует на поиск ФТЭ
и синтез ФПД вьщеленных функциональных компонентов, и в
большей степени соотвествует операционному способу мышления.

9. Функциональный анализ технических объектов
243
ГПФ
1. Вращать
инструмент
2. Держать дрель
в руке или закрепить
на столе
Создать J
' крутящий
момент
Управлять
/ '
Уменьшить /
число
оборотов
Подвести
■ ^ энергию
V Преобразовать /
Т энергию
Закрепить
инструмент
Корпус
Дополнительная
ручка
Кронштейн
Переключатель
скоростей
Электродвигатель
Электрический
кабель
Выключатель
Редуктор
Патрон
Вилка
Рис. 9.18. Иерархическая функциональная модель электродрели (а) и ее КФС (б)
К построению КФС склонны люди с предметным стилем
мышления. Однако применение этой модели не исключает проведение и
операционного анализа рассматриваемой структуры ТО.
При решении задачи необходимо стремиться найти такие модели,
которые позволяют глубже понять проблему и помогают в поиске ре-

244
Раздел 2. Приемы и методы решения технических задач
шения. При выборе модели нужно четко осознавать, что модель должна
быть обозрима, инструментальна и активизировать мышление. Поэтому
выбор модели связан как с особенностями исследуемого ТО, видом его
функционирования, так и с приоритетным типом мышления человека,
решающего задачу (см. рис. 5.3).
Вопросы для самопроверки
1. С какой целью и на каких этапах проводится функциональный анализ?
2. Как связаны между собой ГПФ, основные, вспомогательные и дополнительные
функции?
3. В чем состоит принципиальное различие между КФС и ПФС?
4. В чем заключается предметный и операционный подходы при проведении
функционального анализа?
5. На какие приемы поиска решения ориентирует модель в виде КФС?
6. На какие приемы поиска решения ориентирует модель в виде ПФС?

10. МОРФОЛОГИЧЕСКИЙ ПОДХОД К АНАЛИЗУ
И СИНТЕЗУ ОБЪЕКТОВ
Морфология (от греч. morpho форма + logos слово, понятие,
учение) — наука, изучающая форму и строение различных систем.
Морфологический подход используют для наиболее полного
исследования проблемы и выявления поля возможных вариантов ее
решения.
В самом общем виде морфологический подход предусматривает
совместное использование логической операции деления понятий,
которое лежит в основе классифицирования объектов, и трех типовых
операций мышления: изолирующей абстракции, анализа и синтеза (см.
приложение П5).
Морфологический анализ является разновидностью системного
подхода при исследовании различных объектов (рис. 10.1).
Методика
применения N
Сущность морфологического
подхода
Области
применения
Морфологическое
исследование
Анализ проблемы
Синтез технических
решений
Применяемые
для визуализации
модели
Морфологический
ящик
Морфологическая
таблица
Ментальная карта
Цветущий лотос
Рис. 10.1. Основные аспекты морфологического исследования

246
Раздел 2. Приемы и методы решения технических задач
10.1. Феномен морфологического исследования объектов
Когнитивные (познавательные) и прагматические процессы зависят
от того, каким образом человек выделяет и обозначает признаки
изучаемого объекта, обобщает их, формируя определенные группы,
классы. Практическая ценность этой процедуры во многом определяется
видами используемых моделей.
Известный психолингвист Дж. Миллер в конце 60-х г. XX в.
выдвинул гипотезу о том, что модели в виде классификаций способствуют
выявлению внутренних семантических (смысловых) связей
структурированного объекта.
Морфологический подход для синтеза ТО предусматривает
разработку таких моделей, которые позволили бы, комбинируя различные
варианты ТР отдельных составляющих, получить как можно больше
вариантов разрабатываемого ТО.
Морфологический анализ в технике стал применяться благодаря
научным трудам швейцарского ученого Фрица Цвикки (1898—1974). Он
считается автором современного варианта морфологического метода
исследований. Цвикки показал большие возможности
морфологического подхода, применив его в астрономии и ракетной технике. В серии
более чем 100 работ, опубликованных с 1923 по 1975 г., он изложил
основные идеи созданного им морфологического анализа (см.
приложение П15). Применительно к техническому творчеству его идеи
наиболее полно изложены в книге [129].
В работах Цвикки представлено около семи вариантов
морфологического исследования. Далее рассматриваются два наиболее
эффективных, на наш взгляд, подхода: метод морфологического ящика (МЯ) и
метод отрицания и конструирования (МОК).
Наибольшее распространение получил метод морфологического
ящика, известный под общим названием «морфологический анализ».
Пример 10.1. Найти множество вариантов меток. Необходимо найти
простые графические обозначения каких-либо признаков, чтобы
компактно отобразить эти признаки, например, в базе данных или
обозначить некоторые объекты на складе. Такая задача актуальна, когда надо
придумать множество уникальных меток.
Предположим, что эти метки будут различаться формой, видом
штриховки и цветом. Тогда множество возможных вариантов меток
можно представить в следующем компактном виде (табл. 10.1).
В этой табл. 10.1 отражено 5 • 5 • 6 = 150 вариантов возможного
исполнения меток. Таблицу можно представить в виде морфологического
ящика (рис. 10.2). Каждая ячейка внутри этого ящика определяет
возможное исполнение метки путем комбинирования по каждому из
выделенных признаков.
Из сравнения моделей, в которых отражаются возможные варианты
в виде морфологической таблицы 10.1 и МЯ (рис. 10.2) следует, что

10. Морфологический подход к анализу и синтезу объектов
247
Таблица 10.1. Морфологическая таблица графических меток
Признаки
Форма
метки
Штриховка
метки
Цвет метки
Возможные варианты графических меток по каждому признаку

Треугольник
Заливка
Черный
Квадрат
Клетка
Красный
Крут
Косая
Синий
Крест

Вертикальная
Зеленый
Сердечко

Горизонтальная
Коричневый
Желтый
морфологическая таблица (МТ) дает более удобный для визуального
изучения графический образ вариантов решений, чем МЯ. Кроме того,
если количество признаков деления более трех, то МЯ уже не
построишь, а в МТ можно вносить практически неограниченное количество
признаков. Например, табл. 10.1 можно дополнить, введя еще один
признак — цвет фона, на котором помещается знак. При этом она
сохранит наглядность и обозримость.
Для того чтобы сформировать поле возможных решений, просто
разрабатывают и накапливают все полезные варианты. Например, для
метки черного цвета множество вариантов можно представить в виде
табл. 10.2.
Форма метки
Рис. 10.2. Морфологический ящик для выбора вариантов метки
Инженеру важно охватить единым взглядом возможные версии
проекта и оценить, как частное решение по выделенному признаку
отразится на свойствах ТС в целом. МТ полнее и компактнее представляет
все возможные варианты, что позволяет сформировать множество
различных вариантов структур проектируемого ТО, рассмотрев
комбинации из всех частных решений. Поэтому таблицы типа 10.1 и носят на-

248
Раздел 2. Приемы и методы решения технических задач
Таблица 10.2. Варианты меток, отличающихся формой и штриховкой
звание морфологических, а табл. 10.2 не является морфологической.
В ней просто представлены возможные варианты решений. Она не
предназначена для комбинирования и поиска наилучшего сочетания
решений по выбранным признакам.
При составлении МТ следует ориентироваться не просто на
умножение возможных вариантов, а на получение ценных в техническом
отношении сочетаний варьируемых признаков.
Универсальность и практичность метода МЯ успешно
продемонстрирована самим Цвикки на целом ряде примеров. В течение
нескольких лет ученый-астрофизик получил 16 патентов на новые конструкции
ракетных двигателей на химическом топливе и выдвинулся в ряд
ведущих специалистов ракетостроения.
В деловых кругах Америки он вызвал пристальный интерес к
морфологическому анализу, создав в 1961 г. Общество морфологических
исследований. Массовое практическое применение метода инженерами
показало, что не все так просто. Возник ряд проблем: с каких позиций
подходить к формированию заголовка МТ, как осуществлять выбор из многих
сотен вариантов решений. Одновременно была поставлена задача
изыскания простых способов представления (визуализации) решений.
Морфологический подход — это определенный стиль мышления.
Одно из главных его достоинств заключается в том, что он позволяет
выйти на оригинальные решения, которые можно упустить без МТ.
Прежде чем проводить морфологическое исследование возможных
решений для ТО в целом и его компонентов, целесообразно сначала
провести функциональный анализ ТО — построить модели в виде
графа и табличные (см. гл. 9).
Морфологический подход можно применять на различных этапах
решения задачи:
1) для предварительного описания проблемы;
2) при синтезе нового ТО;
3) при совершенствовании существующего ТО.

10. Морфологический подход к анализу и синтезу объектов
249
Формирование МТ можно осуществлять с позиций операционного
и предметного подхода (см. рис. 5.3).
Операционный подход ориентирован на формирование способов
получения полезного действия, поиск возможных операций для
выполнения полезной функции, выбора некоторых процедур. В заголовок МТ
вносятся некоторые действия, операции по изменению анализируемой
ТС, например, возможные ФПД, способы выполнения функции,
направления и характер движения, объединение или разделение функций
рассматриваемых компонентов ТС и т. д.
При предметном подходе в заголовок МТ вносятся свойства,
признаки рассматриваемого предмета: обобщенные наименования свойств
компонентов рассматриваемой ТС, например, расположение
компонентов в пространстве, материал конструкции, виды соединений,
форма и другие конструктивные признаки.
Можно строить отдельно операционные и предметные МТ или
создать одну объединенную.
10.2. Морфологический подход при анализе проблемы
При первичном исследовании ПС из анализа потребностей
формулируются функции, которые нужно выполнить. Потребности, как
правило, можно удовлетворить несколькими различными функциями. На
этом этапе важно наметить пути разрешения ПС, определить область, в
которой будет осуществляться поиск ресурсов для разрешения ПС.
Здесь используется операционный подход к поиску решений, ставится
задача поиска способов выполнения функции — синтеза возможных
ФПД для выполнения физической операции. Таким образом, в
заголовок МТ включаются задачи, решение которых приведет к разрешению
ПС. Таких задач может быть несколько.
Часто в первоначальной формулировке задача бывает узко
поставлена, что создает ВПИ при поиске решений. Поэтому, прежде чем
приступать к поиску путей ее решения, целесообразно задачу
сформулировать в более общем виде (см. разд. 2.1).
Пример 10.2. Утилизация отходов производства. В данном случае
задачу можно сформулировать в следующем виде: необходимо снизить
затраты предприятия, связанные с образованием отходов при
производстве продукции.
Разработку МТ целесообразно начать с формирования возможных
операций.
Для разрешения проблемной ситуации можно поставить три
задачи: как организовать безотходное производство, как превратить отходы
в продукт и как их утилизировать.
Для каждой задачи можно составить МТ, отразив в ней возможные
направления поиска решения (табл. 10.3—10.5).

250
Раздел 2. Приемы и методы решения технических задач
Таблица 10.3. МТ задач по организации безотходного производства
Задачи
1. Создать безотходную
технологию производства
2. Создать технологию
выработки полезного продукта
из отходов производства
3. Создать технологию
уничтожения отходов
производства
Мероприятия по поиску ресурсов
1. Изменить форму и
качество материала основного
продукта
2. Изменить форму и
качество технологических
материалов и сред
3. Изменить форму и
качество отходов.
4. Изменить технологическое
оборудование
Возможные физические операции
1. Процессы резания
(сверление, раскрой, вырубка
и т. п.)
2. Прогрессивные технологии
формообразования
(штамповка, литье, экструзия и т. п.)
3. Ультразвуковые технологии
(ультразвуковая размерная
обработка, ультразвуковая
очистка и т. п.)
4. Электрохимические
технологии (химическое
осаждение, гальваностегия,
гальванопластика и т. п.)
5. Электрофизические
технологии (электроискровые,
лазерные, плазменные,
электронно-лучевые и т. п.)
По каждому направлению можно сформулировать рад частных
задач и наметить мероприятия по поиску ресурсов для их решения.
Таблица 10.4. МТ задач по созданию технологии выработки полезного продукта из отходов
производства
Задачи
1. Отходы использовать как
вторичное сырье для
изготовления продукции
2. Отходы переработать в
полуфабрикат, пригодный для
изготовления продукции
3. Отходы переработать в
самостоятельный продукт
Ресурсы
1. Вещественные
2. Полевые
3. Пространственные
4. Временные
5. Привлечь другое
предприятие
Физические операции
1. Измельчить
2. Укрупнить (агрегатировать)
3. Химически соединить с
чем-либо
4. Химически разложить
5. Смешать с другим
веществом
Таблица. 10.5. МТ по утилизации отходов
Задачи
1. Нейтрализовать вредные
факторы отходов
! 2. Минимизировать объемы
отходов
3. Минимизировать сроки
ассимиляции отходов
Ресурсы
1. Вещественные
2. Полевые
3. Пространственные
4. Временные
5. Привлечь другое
предприятие
,
Физические операции
1. Измельчить
2. Укрупнить (агрегатировать)
3. Химически соединить с
чем-либо
4. Химически разложить
5. Физически перемешать с
другим веществом
Каждая функция может быть реализована различными ФТЭ, т. е.
для ее выполнения можно синтезировать, как правило, несколько
ФПД.
Поиск решения по МТ заключается в выборе подходящей
комбинации решений, выбранных по каждому признаку.

10. Морфологический подход к анализу и синтезу объектов
251
10.3. Синтез технических решений
МТ можно строить по каждому этапу концептуального
проектирования, а именно: отражать в таблице потребности, функции, физические
операции, физические принципы действия, характер связей между
компонентами, конструкторско-технологические решения, включающие
варианты по возможным конструкционным материалам, формам,
взаимному расположению функциональных компонентов и др.
Пример 10.3. Разработка конструктивных решений блоков
радиоэлектронных систем (РЭС). Радиоэлектронные блоки выполняют
множество важных функций в системах измерения, управления, контроля,
связи и т. п.
Для выполнения ГПФ нужно организовать выполнение основных,
вспомогательных и дополнительных функций, а также, обеспечить
конструктивную целостность радиоэлектронной аппаратуры как ТС.
Минимальный набор таких функций применительно к
радиоэлектронному блоку можно оформить в виде (табл. 10.6). Для аппаратуры
разного назначения этот набор требований может несколько отличаться.
Таблица 10.6. Ключевые функции типовых узлов и несущих конструкций блоков РЭС
Функция
Подключение к внешнему
источнику электропитания
! Разводка электропитания по
: внутренним узлам блока
Фиксация электрорадио-
компонентов и подводка
сигналов к их выводам
Трансформация блока из
рабочего состояния в
ремонтопригодное и наоборот
1 Регулирование параметров
Контроль нормального
функционирования
Вид функции
Основная
»
»
Дополнительная
Вспомогательная
Дополнительная
Функциональные узлы
Электрические разъемы
Жгуты, кабели, тканые матрицы, печатные
кабели, кроссировочные платы
Коммутационные платы: печатные, поли-
имидные, рельефные и т. п.
Шарнирные, гибкие, телескопические
соединения узлов '
Подстроечные конденсаторы, переменные
резисторы, варикапы
Индикаторы, измерители параметров
Задачей проектирования является найти такое сочетание решений
по каждому признаку, чтобы удовлетворить многим, часто весьма
противоречивым требованиям, например, создать конструкцию
минимальной массы, обеспечить плотность компоновки (максимальное
использование отведенного пространства), необходимые тепловые режимы
работы устройства, защиту его от вибраций, ударов, вредного воздействия
внешней среды, согласовать с работой других компонентов, входящих в
ТС, обеспечить производственную и эксплуатационную
технологичность конструкции и т. д.

252
Раздел 2. Приемы и методы решения технических задач
На выбор конструкции РЭС влияют три группы факторов:
ориентация плат, конструктивные решения электромонтажа и
компоновочная схема блока в целом. По этим признакам можно построить МТ
(табл. 10.7).
Таблица 10.7. МТ для выбора конструкции блока [79].
Конструктивные
характеристики
блока РЭС
А — компоновочная
схема блока
Б — ориентация
плат
В — конструкция
электромонтажа
Варианты конструктивной реализации
1
Кассетная
Вертикальная с
коммутацией между
платами у боковой стенки
Монтаж гибким
печатным кабелем
2
Книжная
Вертикальная с
коммутацией между
платами у задней стенки
Монтаж объемным
проводом
3
Веерная
Горизонтальная
Жесткий печатный
монтаж
Для трехмерного МЯ варианты идей по конструктивному решению
радиоэлектронного блока могут быть представлены в виде куба, каждое
ребро которого содержит факторы одной группы (рис. 10.3). Каждый
элементарный кубик внутри этого ящика является вариантом
конструкции, который определяется выбранным признаком соответствующей
конструктивной характеристики (А, Б и В). Очевидно, что эта модель
содержит 27 вариантов конструкторско-технологических решений.
Монтаж гибким печатным кабелем
Монтаж с объемным проводом
Жесткий печатный монтаж
Вертикальная с коммутацией между
платами у боковой стенки
Вертикальная с коммутацией
между платами у задней стенки
Горизонтальная
/ / /
/
/
/
>
/
V
Кассетная Книжная Веерная
J
Компоновочная схема блока
Рис. 10.3. Пример МЯ идей при выборе конструкции блока
Модель возможных вариантов конструктивных решений
радиоэлектронных блоков в виде МЯ позволяет в компактном виде оценить
наличие множества различных решений.
Из 27 вариантов конструкций блока радиоэлектронной аппаратуры,
которые отражены на рис. 10.3, наибольшее распространение получили
конструкции, представленные на рис. 10.4 и 10.5.

10. Морфологический подход к анализу и синтезу объектов
253
Двойной шарнир Блок питания Плата
Рис. 10.4. Примеры решений блоков РЭА с шарнирным соединением конструкции:
а — блок «книжной» конструкции (А2Б2В2); б — блок «веерной» конструкции (АЗБ2В1)
Рис. 10.5. Примеры решений блоков РЭА с шарнирным соединением конструкции:
а — герметичный блок разъемной конструкции (А1Б1ВЗ); б — блок с гибким печатным
кабелем (А2БЗВ1)
Можно отметить, что вариант блока с гибким печатным кабелем
(А2БЗВ1) обладает системным качеством, которое заключается в легкой
трансформации трехмерной (рабочей) сборки в двухмерную (для
настройки и ремонта).
При проектировании современных микроэлектронных блоков
конструктор анализирует расширенный набор признаков, существенно
влияющих на выбор конструкторско-технологического решения. Чтобы
обеспечить выполнение множества необходимых требований, нужно
вводить признаки, соответствующие современным техническим
возможностям. Так, требование высокой плотности компоновки обеспечит
применение бескорпусной элементной базы, а это накладывает
определенные требования на конструкцию корпуса. При построении МЯ
несущих конструкций для микроэлектроники требуется рассмотреть
варианты и принять решения по ряду признаков:
• форма блока (в основном, определяется формой защитного
корпуса);
• конструкторско-технологическое решение демонтируемой
герметизации блока (например, пайка или сварка);

254
Раздел 2. Приемы и методы решения технических задач
• вид компоновочной схемы электронных узлов на печатных платах
(ориентация плат, типовых элементов конструкции влияет на
технологию сборки);
• тип корпуса элементной базы (для бескорпусной элементной
базы — типы монтажа).
• характер внешней коммутации блока (связь с внешними
устройствами);
• характер внутриблочной коммутации (электрические соединения
между платами, ячейками внутри блока);
• способ закрепления плат внутри блока (обеспечивающие
ремонтопригодность);
• коммутационная структура плат, электрически объединяющая
радиокомпоненты;
• способ и конструктивное решение обеспечения теплового режима;
электромагнитной совместимости; защиты от механических
воздействий и др.
На основе приведенного списка характеристик можно строить и
исследовать сотни вариантов конструктивных решений малогабаритной
электронной аппаратуры. Для этого можно разработать специальные
программные продукты. Например, в МГТУ им. Н. Э. Баумана
используют созданные студентами и аспирантами программы «Морфолог»
(С. В. Кутаков) и «Морфоген» (С. И. Искандеров), окно которой
показано на рис. 10.6. В левую часть окна вносят наименование объекта и
'Морфологический анализ
1'mj эбъекта
I ионарная РЗА
_Lji ■'л-во объекта
Generate
Добавить
Удалить ветвь
лационарная РЗА
- Т ипы корпусов М С
прямоугольный
овальный
круглый
квадратный
-j Варианты коммутации ТЭЗ
прямое сочленение
паяное соединение
Ч Варианты компоновки блока
вертикальное поперечное
вертикальное продольное
- Стойки
двукрамные
трекрамные
Поиск решений
Липы корпусов МС квадратный
[Варианты коммутации ТЗЗ паяное соединение
варианты компоновки блока вертикальное поперечное
Стойки двукрамные
Зариант 30:
"ипы корпусов МС: квадратный
}арианты коммутации ТЗЗ: паяное соединение
варианты компоновки блока: вертикальное поперечное
Стойки трекрамные
Зариант 31:
ипы корпусов МС: квадратный
Зарианты коммутации ТЭЗ: паяное соединение
варианты компоновки блока: вертикальное продольное
Стойки двукрамные
Зариант 32:
ипы корпусов МС: квадратный
Зариэнты коммутации ТЗЗ' паяное соединение
Зарианты компоновки бпока вертикапьное продольное
Стойки трекрамные
Рис. 10.6. Пример получения множества конструктивных решений блока с помощью
программы «Морфоген»

10. Морфологический подход к анализу и синтезу объектов 255
его признаки, которые располагают в виде иерархического дерева.
После нажатия клавиши «Поиск решений» программа осуществляет
решение комбинаторной задачи и выводит в правую часть окна полный
список решений. На рис. 10.6 показаны последние четыре варианта.
Пример 10.4. Построение МТ для переходной фермы (см.
пример 9.3). На основе проведенного функционального анализа
переходной фермы (см. рис. 9.11) можно построить МТ вариантов КТР.
Построенная КФС (см. рис. 9.12) ориентирует на применение
предметного подхода.
Опираясь на приемы, направленные на изменение структуры ТО,
изложенные, в подразд. 9.2.1, можно составить МТ (табл. 10.8).
Таблица 10.8. МТдля переходной фермы
Варианты
расположения шпангоутов
1. Два по торцам
2. Один в средней
|части
3. Один в верхней
части
4. Один в нижней
части
5. Без шпангоутов
Стержни
форма
1. Труба круглая
цилиндрическая
2. Труба
коническая круглого
сечения
материал
1.
Алюминиевый сплав
2. Титановый
сплав
Соединения
1. Сварное
2. Паяное
3. Волокнистый 3. Клеевое
композитный
материал
4.
Армированный композит-
; ный материал
4. Резьбовое
Материал
фитинга
1.
Алюминиевый сплав
2. Титановый
сплав
3.
Композитный материал
Таким образом, в МТ будут представлены как варианты,
отражающие состав компонентов и связей между ними (структурные решения),
так и ТР отдельных функциональных компонентов.
На выбор решения оказывают влияние назначение конструкции,
габариты, характер и уровень действующих нагрузок, конструктивные
особенности соседних отсеков, технологические требования и др.
Пример 10.5 Построение МТ для обратного клапана (см. рис. 9.13).
Необходимо найти множество возможных вариантов конструктор-
ско-технологических решений для выполнения заданной функции
клапана, обеспечив максимальные показатели качества и минимальную
массу конструкции при наименьших затратах.
Для активизации мышления при формировании МТ целесообразно
воспользоваться схемой взаимосвязи основных функций обратного
клапана (см. рис. 9.15), его конструктивной функциональной схемой
(см. рис. 9.14), а также соображениями, приведенными в подразд. 9.2.1.
В табл. 10.9 формально представлено 4 • 2 • 4 • 3 = 96 вариантов
решений. Она иллюстрирует типичный пример предметного подхода к
морфологическому исследованию ТО.

256
Раздел 2. Приемы и методы решения технических задач
Таблица 10.9. МТ для обратного клапана*
Расположение
направляющей для тарели
Втулка
Корпус
Штуцер
Без направляющей
Расположение
уплотняющей канавки
На тарели
На штуцере
-
—
Форма поверхности
сопряжения клапан—штуцер
Плоскость
Конус—конус
Конус—сфера
Сфера—конус
Расположение
концентратора напряжения
На корпусе
На уплотнителе
Без концентратора
—
* Эскизы некоторых решений представлены на рис. 10.7—10.9.
Представленные примеры МЯ иллюстрируют широкие
возможности синтеза вариантов решений при использовании морфологического
подхода. Число вариантов ограничивается лишь трудоемкостью
вариантов.
Рис. 10.7. Варианты форм поверхностей сопряжения клапан—штуцер:
а — конус—конус; в — конус—сфера
Тарель
Штуцер
Рис. 10.8. Варианты расположения концентратора:
а — на уплотнителе; б — на корпусе
ш
ш
Рис. 10.9. Варианты расположения канавок для прохождения среды:
а — вдоль цилиндрической части направляющей; б — во фланце направляющей втулки

10. Морфологический подход к анализу и синтезу объектов
257
10.3.1. Методика разработки морфологических таблиц
Эвристичность МТ во многом зависит от заголовка, в котором
дается описание признаков. В заголовке указывается предмет
морфологического исследования в виде обобщающего понятия и основание
логического деления (см. приложение П2) — признак, при изменении
которого будут формироваться предложения по возможным решениям, т. е.
МТ составляется в соответствии с требованиями, предъявляемыми к
классификациям.
При разработке вариантов по каждому выделенному признаку
важно отвлечься от объекта в целом и не сопоставлять с решениями,
предлагаемыми по другим признакам. При образовании членов деления
нужно постараться настроиться только на генерацию идей и полностью
«выключить» из своего сознания операцию анализа и оценки
вариантов. Оценку вариантов производят, когда таблица составлена.
Если возникают проблемы с выявлением признаков при
формировании заголовка МТ, можно воспользоваться следующими
рекомендациями. В результате проведенного функционального анализа
синтезируется некоторая структура ТС, определяются требуемые физические
операции, которые должны выполнять ее компоненты. Осуществляется
поиск ресурсов. Найденные ресурсы, как правило, приводят к
появлению противоречий. После определения способа их разрешения
осуществляется поиск ресурсов для разрешения противоречий.
Такая подготовительная работа приводит к тому, что, как правило,
появляется несколько вариантов решения технической задачи. Однако
при этом возникает еще одна задача — насколько эти варианты
хороши, нельзя ли найти лучший вариант? В решении этой задачи и
помогает разработка МТ.
Для формирования заголовка можно проанализировать
разработанные варианты — первоначальные наброски. Для этого следует выписать
все признаки, по которым различаются эти варианты и взять их за
основу при формировании заголовка морфологической таблицы.
Например, было разработано три варианта технического устройства
(рис. 10.10).
Вариант 1 отличается от варианта 2 по признакам Р3 и А> а от
варианта 3 — по признакам Р\ и Pi (см. рис. 10.10); варианты 2 и 3 —
по признаку Р$.
Предположим, что отличительными признаками являются:
Р\ — расположение в пространстве;
Pi — форма;
Ръ - ФПД РО;
Р$ — траектория движения;
/*5 — расположение в пространстве.
Предположим, два признака совпали (Pi и Р$). Следовательно,
можно составить МТ из четырех колонок, введя в заголовок таблицы при-

258
Раздел 2. Приемы и методы решения технических задач
Вариант 1
1
'■!
I
Рг
Вариант 3
*^f4
Р,
*^^z
р.
Вариант 2
У
__ —
Рис. 10.10. К анализу вариантов для формирования заголовка МТ:
/*)— Р5 — отличительные признаки
знаки Pi, Pi, Ръ, Ра- Теперь ставится задача, какие еще возможны
варианты при изменении признаков, указанных в заголовке МТ.
Формирование возможных вариантов ТО можно осуществить по
следующим направлениям.
1. Структурные изменения исходной модели ТО — ориентировка на
получение системного эффекта:
1.1) разделить функциональный компонент, выполняющий
несколько функций, на ряд функциональных компонентов;
1.2) передать некоторые функции от одного компонента другому
или в НС;
1.3) упразднить некоторые функции;
1.4) изменить функциональные связи между компонентами.
2. Изменение конструктивных (основополагающих) решений
функциональных компонентов:
2.1) изменить ФПД функционального компонента;
2.2) изменить временные характеристики выполнения ФО;
2.3) изменить количественные характеристики функциональных
компонентов или связей.
3. Конструкторско-технологические изменения в ТО:
3.1) изменить взаимное расположение функциональных
компонентов;
3.2) изменить положение в пространстве;
3.3) изменить форму;
3.4) изменить членение конструкции;
3.5) рассмотреть различные виды соединений;
3.6) изменить конструкционные материалы.
По этим направлениям формулируется признак (основание
логического деления), который вносится в заголовок МТ.
Если МТ включает как операционный, так и предметный подходы,
то предложения, внесенные в предметную часть МТ, будут зависеть от
предложений, внесенных в операционную часть. Тогда количество
возможных решений будет значительно меньше, чем произведение
количества вариантов по каждому вьщеленному признаку. Это связано с
тем, что некоторые свойства, записанные в предметной части не могут
быть реализованы для некоторых операций.

10. Морфологический подход к анализу и синтезу объектов
259
При выборе решения из множества возможных, представленных в
МТ, следует ориентироваться, прежде всего, на закономерности
развития ТС, принципы их строения и функционирования. Выбранные
варианты решений следует проверить на соответствие принципам:
соответствия функции и структуры; согласования—рассогласования;
энергетической проводимости, сопоставить полученные варианты с ИКР.
На выбор варианта существенное влияние могут оказывать
ограничения, связанные, например, со сроками и затратами на
реализацию ТР.
10.3.2. Примеры морфологического исследования
технических объектов
Пример 10.6. Проектирование амортизатора. При проектировании
амортизаторов, монтируемых в корпусе бортовой радиоэлектронной
аппаратуры, важно обеспечить требуемые характеристики его
жесткости. Известно, что мягкие амортизаторы хорошо гасят вибрационные
нагрузки, причем их собственная частота колебаний должна быть
ниже, чем частоты, которые он должен подавлять (примерно в 1,5
раза). Жесткие (высокочастотные) амортизаторы в основном
защищают от ударных нагрузок.
Чаще всего упругий элемент (УЭ) бортового амортизатора
представляет собой тело вращения. Простейшей конфигурацией упругого
элемента является втулка (рис. 10.11).
I
Рис. 10.11. Эскиз упругого элемента амортизатора
На частотные характеристики влияет не только жесткость
материала, но и форма амортизатора. Причем варьированием формы
конструкции можно в широком диапазоне изменять частотные характеристики
амортизатора.
Материал и форма конструкции существенным образом влияют на
затраты по изготовлению УЭ. Для снижения производственных расходов
часто может ставиться задача по унификации конструкторских
решений, что весьма важно для минимизации затрат на формообразующий
инструмент и типоразмерный ряд корпусов. Поэтому при
проектировании амортизатора целесообразно исследовать множество возможных
вариантов конструкторско-технологических решений и выбрать
наилучший для сложившихся условий.
Рассмотрим возможные формы боковых и торцевых
поверхностей, а также некоторые конструктивные решения упругого элемента
(рис. 10.12).

260
Раздел 2. Приемы и методы решения технических задач
Рис. 10.12. Формы упругого элемента амортизатора
Исходя их опыта проектирования амортизаторов, в заголовок МТ
можно внести следующие признаки УЭ: А — форма торцев; Б — вид
образующей внешнего диаметра; В — вид образующей внутреннего
диаметра; Г — материал; Д — конструктивные решения; Е —
пространственная структура.
Варианты исполнения формы УЭ можно описать словами: прямая,
ступенчатая, наклонная, пилообразная, выпуклая, вогнутая,
клиновидная, с выступами. Упругие элементы можно выполнить из различных
упругих материалов: резины; каучука; спрессованной пружинной
проволоки (получившей название металлическая резина) и т. п. (табл. 10.10).
Таблица 10.10. Морфологическая таблица решений УЭ амортизатора
№
п/п
1
2
3
4
5
А — форма
торцев
Прямая
Выпуклая
Наклонная

Пилообразная

Ступенчатая
Б —
образующая внешнего
диаметра
Прямая
Выпуклая
Наклонная
Пилообразная
Ступенчатая
В —
образующая
внутреннего диаметра
Прямая
Выпуклая
Наклонная

Пилообразная
Ступенчатая
Г — материал

Силиконовая резина

Металлическая резина
(MP)

Синтетический каучук
Д —
конструктивные решения
Внешняя
тонкая оболочка
Армированный
упругими
прокладками
Армированный
жесткими
прокладками
Жесткие
обкладки по
торцам
Е —
пространственная
структура

Составленный из
элементов

Монолитный
В упругий элемент могут быть введены конструктивные элементы,
влияющие на его упругие характеристики.
Число ТР упругого элемента амортизатора определяется числом
возможных комбинаций решений по каждому из шести выбранных
признаков, т. е. 5-5-5-3-4-2 = 3000 вариантов.
При большом размере МТ результат комбинирования можно
получить с помощью компьютера (рис. 10.13).
Иногда может ставиться задача сокращения размерности МТ,
например, чтобы сделать эту модель более обозримой. Здесь можно
воспользоваться лингвистическим приемом — выбор терминов для
обозначения признака, занесенного в заголовок МТ. Этот термин может
определять либо качественное изменение признака, либо
количественное его изменение и иметь различную степень обобщения.

10. Морфологический подход к анализу и синтезу объектов
261
Морфологический анализ
Имя объекта
;Амортизагор
Свойство объекта
Generate
Поиск решений
Добавить
Уда пить ветвь
Амортизатор
- Форма торцев
прямая
выпуклая
наклонная
пилообразная
ступенчатая
- Образующая внешнего диаметра
прямая
выпуклая
наклонная
пилообразная
ступенчатая
+ Образующая внутреннего диаметра
- Материал
силиконовая резина
металлическая резина MP
синтетический каучук
•Вариант 372
[Форма торцев ступенчатая
[Образующая внешнего диаметра ступенчатая
[Образующая внутреннего диаметра: пилообразная
]Материал: синтетический каучук
(Вариант 373;
«Форматорцев: ступенчатая
•Образующая внешнего диаметра: ступенчатая
jОбразующая внутреннего диаметра: сткпенчатая
iМатериал: силиконовая резина
iВариант 374:
]Форма торцев: ступенчатая
■Образующая внешнего диаметра: ступенчатая
(Образующая внутреннего диаметра: сткпенчатая
(Материал: металлическая резина MP
'Вариант 375:
■Форма торцев: ступенчатая
Образующая внешнего диаметра ступенчатая
Образующая внутреннего диаметра сткпенчатая
Материал: синтетический каучук
База решений
1 Печать
Щ% Б буфер
Рис. 10.13. Пример получения множества решений упругого элемента амортизатора
с использованием программы «Морфоген»
Например, слово «выступ» обозначает выступ на одной из
плоскостей УЭ, а слова «ступенчатый» или «пилообразный» — несколько
выступов, в том числе и один. Слово «круглый» обозначает круглую
поверхность, а слово «выпуклый» — круглую, эллиптическую,
параболическую и т. п.
Если для обозначения характеристики нельзя подобрать один
термин, а требуется несколько слов, то следует стремиться к
минимизации числа слов и оптимальному уровню обобщения. Например,
характеристика «переменная жесткость по осям» является весьма общей, так
как подразумевает переменную жесткость вдоль радиуса и переменную
жесткость по высоте УЭ, а также наличие внутренних полостей,
характеризуемой нулевой жесткостью. Кроме того, последняя более общая
формулировка подразумевает идеи по осуществлению переменной
жесткости УЭ путем изменения жесткости материала или введения
армирующих элементов, а также управление жесткостью за счет режимов
технологического процесса при изготовлении упругого элемента,
имеющего внутренние полости сложной формы.
Четкое понимание ассоциативных связей, стоящих за термином,
существенно облегчает построение МТ, позволяет понизить ее
размерность, что делает ее более обозримой.
Можно отдельно исследовать морфологическое поле возможных
вариантов для одного выбранного признака, например, структуры
упругого элемента. Выберем решение УЭ, характеризующееся первой
строкой морфологической таблицы 10.10: А1Б1В1Г1Д1Е1. Получили
упругий элемент в виде цилиндрической втулки, составленной из не-

262 Раздел 2. Приемы и методы решения технических задач
скольких частей и помещенной в тонкую оболочку, для которого
можно построить отдельную МТ, рассматривая возможные решения по
трем признакам (табл. 10.11).
Таблица 10.11. Углубленное исследование фрагмента морфологического множества
для одной характеристики (упругий элемент без оболочки)
№ п/п
1
2
3
4
Ж — ориентация границ
между элементами
Вертикальные границы
Горизонтальные границы
Комбинированное
расположение границ
-
3 — жесткость
составных частей
Одинаковая
Изменяется от оси УЭ
к его образующей
Изменяется вдоль оси УЭ
Наличие частей с
нулевой жесткостью
К — армирующие
элементы
Отсутствуют
Имеются
—
-
Всего получилось 3 • 4 ■ 2 = 24 варианта структуры для упругой
цилиндрической втулки. Выбранный ранее из основной МТ вариант
(А1Б1В1Г1Д1Е1) может иметь разную структуру (рис. 10.14). При
варианте Ж131К1 — это вложенные друг в друга кольцевые упругие
элементы одинаковой плотности, не скрепленные между собой (рис. 10.14, а).
Рис. 10.14. Упругие элементы амортизатора:
а — вариант Ж131К1; б — вариант Ж233К2
Другим вариантом структуры рассматриваемого УЭ может быть
Ж233К2: кольцевые элементы одинакового диаметра, но разной
плотности (упругости) расположены в виде стопки друг на друге и
скреплены между собой армирующим пружинным элементом (например,
прошиты проволокой), причем плотность кольцевых элементов меняется
(увеличивается) от центральной части к торцам (рис. 10.14, б).
В табл. 10.10—10.11 хорошо представлена область возможных
решений. Теперь задача заключается в том, чтобы найти такое сочетание
частных решений, которое позволит получить эффективное
конструкторское решение. Следует отметить, что в результате синтеза конкретного
решения всегда будет получаться некоторый системный эффект.
Например, амортизатор (рис. 10.15) благодаря форме упругого элемента
нелинейно изменяет свою жесткость. Внешняя динамическая нагрузка,
действующая вдоль оси амортизатора, через опорные шайбы передает-

10. Морфологический подход к анализу и синтезу объектов 263
V j 7
Рис. 10.15. Конструкция амортизатора
ся на упругий элемент. При ударных осевых нагрузках рабочий зазор
стремится к нулю и кольцевой выступ втулки обеспечивает
скачкообразное изменение упругих свойств амортизатора, который становится
существенно более жестким. Такими амортизаторами можно защитить
аппаратуру и от вибраций, и от ударов.
МТ в компактном и обозримом виде позволяет представить весьма
большое число возможных вариантов конструктивных решений. Если
все возможные варианты (или большую их часть) прорисовывать, то
таблица получится плохо обозримой и сложной для анализа, например
(табл. 10.12).
Морфологический подход следует рассматривать не только как
набор действий и моделей, способствующих получению сильных ТР, но и
как эффективную творческую стратегию. Предложенные модели
морфологического подхода способствуют порождению системного
эффекта, который можно рассматривать в нескольких аспектах.
Во-первых, на этапе анализа задачи операция изолирующей
абстракции позволяет отвлечься от многих факторов и сконцентрировать
внимание сначала на поиске возможных свойств и признаков объекта и его
частей, затем — на поиске возможных решений по каждому выбранному
признаку. Такое независимое рассмотрение способствует уменьшению
ВПИ и позволяет наметить основные направления поиска их решения.

264
Раздел 2. Приемы и методы решения технических задач
Таблица 10.12
гттп шэд
i г 11 I щрпо
I /|v I aEpHQ
1 \\t 1 lUJill
&Ш 10
сДрЗ лрь
сСЦГЬ пОрЬ
■Д£Ь ЛЩ»
сш mm
C5^i лшрт
OJD яцм
и$з юфго
. Множество
гфп пцн!
rrp~i ncfm
i 1|г 1 ЩЕрШ
I у| ч ) uitJJll
■£ЩЬ <«Ш>
d3& «fifib
П|Т-| Qlfll
rrfr^ (ffifiB
£Ш Ш№
ото дадо
с^ез зйфа*
£Ц1Ъ idKHh
>ешений упругого элемента
ГТ|Т1 0Ш9
SSfB UmJJil
Д | Д ЛфШк
дгр^ лщш
czJed ttjB)
csfD щ£ш
i Цр i |ЕЕ|Э1
гтрг-; ерш
dOJCh «Шип
cOjIb иИЩй
сЗфГЪ <ЛфЬ
ccs^b покраы
srs лгтт
ара шрш
»д-|-щ Ш^Ш
д|еа ищи
OjD QjZD
OfQ (ПфГО
rT|T-j ЙЕ(11)
itT^Zi K&fSb
арэ йЕрв
afD mpDi
CZpZS ODEp№
(T[Ti Щр©
амортизатора
gjB яшп
££JS input
^3|S IQ£{m
t3.|JB ЛЦж1£-
OjEi flljlb
сфи джрго.
гт|тл iefttk
ГТ|Г\ Л}ЖЬ
C3Z5 «Ejaji
idfDf iffl£l)>
с l|< ^ |]1|П№
QJE> Щр»
■а^в. лпь
.spa ■ярл-1
■=^[^=1 «flEflb
^\Рщ пЩЯа
,£е|г. .дфп.
SP (ЦП
sis dim
еда одш
CSJElH Hhjjjll
СфЗ OEJUB
fT[T~i ЯрЛС:
ГТр~У Д|ТЬ
C2JO вЦ»
C5JO dEji№
frfm л£го
OJD 4Ц1№
crjo ejjl
£5(ЕЗ ОЕ|ЭВ
^-т|Гч „*|И,
Л]Т-ч nilSJlft,
jf7p~b гЩрЕЬ
0}ХЗ ffifMb
г цр й iOE}2Bi
СЩЗ *Щ№
Во-вторых, на этапе синтеза рассмотрение комбинаций из
возможных частных решений позволяет увидеть спектр вариантов решения
поставленной проблемы и, тем самым, найти такое сочетание частных
решений, которое за счет системного эффекта приведет к наилучшему
решению поставленной задачи.
В-третьих, морфологический подход способствует отработке навыка
картостроения. Человек накапливает и использует знания не готовыми
пакетами, а ключевыми понятиями, категориями и алгоритмами
действий. МТ можно рассматривать как некоторую когнитивную карту, в
которой представлены варианты решений отдельных фрагментов
создаваемого ТО.
10.3.3. Морфологическое мышление в стратегии Уолто Диснея
Одной из основных составляющих уникального мышления Диснея
была способность проводить исследование проблемы с различных
позиций восприятия. Он отмечает три таких позиции «мечтатель»,
«реалист» и «критик» [39]. Как правило, у людей преобладает одна из этих
позиций, что ограничивает их творческие возможности.
Мечтатель стремится увидеть общую картину рассматриваемой
проблемы. У него доминирует установка, что все возможно, его
мышление направлено на предмет. Он ставит перед собой задачи с
вопросительными словами что, зачем, почему.
Например. Что я хочу сделать или перестать делать, чего хочу
избежать? Почему я хочу это сделать (с позиции убеждений)? Какова

10. Морфологический подход к анализу и синтезу объектов
265
конечная цель? Зачем это нужно? Какую выгоду я получу от
достижения этой цели? Когда следует ожидать этой выгоды? Как эта идея
повлияет на мое будущее?
Реалист склонен к действиям, у него более развит операционный
стиль мышления, он технолог.
При решении задачи реалист стремится определить краткосрочные
шаги и установить временные «вехи» для продвижения к цели. Он
уверен, что нужный процесс может быть реализован, и для этого можно
найти необходимые ресурсы. Его установка: действовать так, как будто
бы его идея осуществима. Реалист ставит перед собой задачи—действия
и мысленно задает себе вопросы, направленные на поиск ресурсов для
выполнения намечаемых операций: как, где, когда.
Как именно будет воплощена идея ? Когда и где будет осуществляться
каждая фаза ? Кто будет это делать (уровень поведения) ? Почему
каждый шаг данного плана является необходимым (уровень поведения) ? Когда
будет достигнута общая цель? Как я узнаю о том, что цель достигнута
(на уровне способности и поведения) ? Как это можно проверить ?
Критик имеет аналитический склад ума, его усилия направлены
на поиск недостатков и препятствий в осуществлении идеи. Мышление
критика ориентировано на поиск способов избежать проблем путем
поиска недостающих звеньев. Его установка: подумать о том, что будет и
что делать, если возникнут проблемы. Он ставит перед собой задачи,
используя такие вопросительные конструкции как: почему, что будет,
если...; что делать если...; как избежать... и т. д. Какие у кого-либо могут
возникнуть возражения против вашей идеи и почему? Какие негативные
явления принесет реализация идеи ? На кого повлияет эта идея ? Кто
способен воспрепятствовать ей (на уровне убеждений и способностей) ?
Решающему задачу весьма полезно в процессе поиска возможных
вариантов сознательно занимать ту или иную позицию (рис. 10.16).
Мечтатель ориентируется на идеальный конечный результат (ИКР).
Реалист стремится к поиску ФПД для осуществления физической
операции, он ориентирован на разработку технологии для получения
требуемого результата, на поиск ресурсов для достижения цели. Критик
ориентирован на выявление негативных явлений, препятствующих
достижению цели, и поиск ресурсов для их устранения.
«Реалист:
Рис. 10.16. Цикл Диснея

266
Раздел 2. Приемы и методы решения технических задач
Другой составляющей стратегии Диснея была раскадровка, —
проявление иерархического представления различных процессов. Уровень
раскадровки может применяться на любом этапе создания
мультфильма и варьироваться от мельчайших деталей анимирования отдельного
движения персонажа, одного действия или события в сцене и до самой
сцены (эпизода) и в масштабе всего фильма (рис. 10.17).
1-й уровень
разделения
i i
Si
Si
S i
Ш S i
Si Si
Si Ш
Si
s
2-й уровень
разделения
ш
a
Сцены Сцены
Действия Действия
3-й уровень
разделения
Элементы
движения
Элементы
движения
Рис. 10.17. Уровни раскадровки мультфильма Диснея
Прием раскадровки ключевых моментов используется не только в
кинематографии, но и для анализа и синтеза различных технологических
процессов, при планировании тренингов, консультационной сессии,
компьютерной программы, бизнес проектов и т. п. В современном
технологическом оборудовании с числовым программным управлением
есть возможность мультимедийного моделирования технологических
операций на дисплее для выбора требуемого варианта. Это исследование
проводят в точном соответствии с практикой создания мультфильмов.
Для решения задач анимации Дисней строил поле, которое он
называл «множественность перспектив замысла и проблемного
пространства».
Важным элементом стратегии Диснея было умение организовать
эффективное групповое творчество. Эта стратегия базируется на том,
что каждый человек обладает своей собственной картиной мира и, в
частности, собственным видением проблемной области для решаемой
задачи (когнитивной карты), которая может служить источником идей.
Когнитивная карта — внутреннее (субъективное) представление
пространственного расположения объектов.
Объединение людей, обладающих различными воззрениями на
рассматриваемую проблему, позволяет раскрыть широкое поле возможных
решений (см. пример 4.1).
Морфологический подход в творчестве Диснея прослеживается в
том, что он, используя (одновременно или последовательно) все
компоненты своей стратегии, фактически строит морфологическое
множество, формируя варианты в трех аспектах:
А — позиция восприятия;
Б — уровень раскадровки;

10. Морфологический подход к анализу и синтезу объектов 267
В — персонифицированный вариант когнитивной карты (если в
решении задачи участвует творческий коллектив).
Таким образом, для коллектива, состоящего из трех человек, поле
возможных решений может быть представлено в виде табл. 10.13.
Таблица 10.13. Морфологическая таблица стратегии Диснея
А — позиция
восприятия
Мечтатель
Реалист
Критик
Б — уровень
раскадровки
Сцены
Действия
Элементы движений
В — персонал
Первый участник
Второй участник
Третий участник
Общее число фрагментов мультфильмов (для трех уровней разбивки
и трех участников) равно 27, а число мультфильмов по одному и тому
же сценарию — 9. Если участников больше, то число вариантов
существенно возрастает. Остается просмотреть и выбрать наиболее удачные
фрагменты для дальнейшего использования.
Эффективная творческая стратегия Диснея, содержащая элементы
морфологического подхода, помогла ему добиться уникальных
результатов в создании анимированных рисованных фильмов.
Пример 10.7. Ключевая операция фотолитографии. Рассмотрим
применение этой стратегии к технологической операции
фотолитографии — нанесению фоторезиста.
Фотолитография — метод получения рисунка с использованием
тонкой пленки прозрачного полимерного светочувствительного
материала — фоторезиста (ФР). Его наносят на предварительно
подготовленную поверхность подложки представляющую собой, например,
тонкую пластинку керамики, ситалла или поликора. Это может быть и
фольгированный диэлектрик для печатной платы.
Сверху на ФР устанавливают фотошаблон (ФШ), на котором
непрозрачной краской нанесен рисунок, и производят засвечивание.
После проявления, засвеченные и не засвеченные участки преобретают
различные свойства в зависимости от типа ФР.
У позитивного ФР под действием света происходит разрушение
материала. Материал с засвеченных участков вымывается водой. У
негативного ФР под действием света происходит упрочнение материала.
Промывкой удаляется материал с незасвеченных участков. Таким
образом после промывки на ФР формируется рисунок.
Наносить ФР на подложку можно различными способами:
пульверизацией, напылением в электростатическом поле, окунанием,
поливом, приклеиванием сухой пленки. Работа ведется в помещении
высокой чистоты, при строгом соблюдении технологических режимов.
Оптические и адгезионные характеристики ФР существенным
образом зависят от толщины слоя покрытия и получающейся разнотол-
щинности в различных участках. Проблема заключается в том, что

268 Раздел 2. Приемы и методы решения технических задач
слой ФР должен иметь строго определенную толщину, обладать
хорошей адгезией к подложке, быть оптически однородным по толщине на
всей площади, не иметь проколов, царапин, микровключений.
Применение стратегии Диснея для генерации технических идей,
связанных с выполнением операции нанесения ФР, можно представить
в виде табл. 10.14. В верхней части этой таблицы дано описание трех
направлений, в которых можно искать решение задачи, а в нижней
части таблицы — предложения, которые могут дать мечтатель, реалист
и критик по решению задачи (читать таблицу лучше по колонкам).
Таблица 10.14. Формирование идей по нанесению ФР
Способы нанесения слоя ФР
Непосредственное
нанесение нужного слоя
ФР на подложку
Тонкий слой ФР создается
заранее, а затем
приклеивается к подложке
Нанесение толстого слоя ФР,
а затем удаление излишка до
нужной толщины
Рассуждения мечтателя
Молекулы ФР сами
ложатся тонким
ровным слоем
Можно вырастить
качественную пленку ФР, а
затем перенести ее на
подложку
При разравнивании ФР сам
уплотняется и приобретает
однородную структуру
Рассуждения реалиста
j В состав ФР ввести
вещество, хорошо
управляемое
каким-либо полем
Для получения тонкого
ровного слоя ФР налить
на ровную полированную
плоскость и разравнивать
под давлением
Густой ФР можно уплотнить
валиком.
Жидкий ФР можно
уплотнить дегазацией.
Удалить лишний слой
шлифованием, химически,
растворением, ...
Рассуждения критика
Добавление вещества
может ухудшить
свойства ФР.
Управляющее поле
может вредно
действовать на поверхность
подложки
Адгезия между ФР и
формующим инструментом
может оказаться слишком
большой.
Под пленкой ФР могут
образоваться пузырьки
воздуха
При уплотнении слоя ФР
можно повредить хрупкий
материал подложки.
При снятии лишнего слоя
трудно контролировать
толщину оставшегося слоя
Как следует из табл. 10.14, различные позиции мечтателя, реалиста
и критика приводят к появлению спектра возможных направлений
поиска решения задачи.
Рассмотрение задачи с трех позиций позволяет не только поставить
ряд задач, но и наметить мероприятия по их решению. Мнение
критика способствует тому, чтобы обозначились НЭ, которые могут
возникнуть при реализации мероприятий, предложенных мечтателем и
реалистом.
Использование приема раскадровки к задаче нанесения ФР
позволяет углубленно исследовать эту операцию с разных позиций
восприятия (табл. 10.15).

10. Морфологический подход к анализу и синтезу объектов
269
Таблица 10.15. МТ с включением процесса раскадровки по способу непосредственного
нанесения нужного слоя ФР
Сцены
Действия
Элементы движений
Рассуждения мечтателя
Легко управляемые
частицы ФР ложат-
] ся тонким ровным
слоем
ФР извлекается из емкости,
летит по нужной траектории
и ложится ровным слоем
ФР делится на частицы
нужного размера, каждая частица
летит в нужном направлении,
располагается на поверхности
и сообщает свои параметры
Рассуждения реалиста
Для управления
частицами ФР можно
ввести поле и
вещество
ФР извлекается из емкости,
электризуется, направляется
на подложку
электростатическим полем
ФР распыляется форсункой,
частицы электризуются, летят
в нужном направлении,
располагаются на поверхности и
нейтрализуются
Рассуждения критика
Добавление
вещества может ухудшить
электрические
свойства ФР, управлять
нужно самим ФР
Можно использовать
электростатическое поле, но это
дорого; лучше
гравитационное поле, центробежные
силы — налить и дать стечь
Распыление ФР загрязняет
воздух; по краям
образовывается валик из-за сил
поверхностного натяжения
При составлении МТ необходимо сосредоточиться только на
одной позиции и отвлечься от других. Целесообразно сначала
рассмотреть проблему с позиции мечтателя, т. е. воспользоваться оператором
ИКР. Это позволит избавиться от ВПИ, шире взглянуть на проблему.
Затем встать на позицию реалиста, т. е. включить операционный
способ мышления. Эта позиция ориентирует на поиск ресурсов для
решения задачи. Здесь весьма полезно посмотреть, как подобная задача
решалась в других областях деятельности, т. е. воспользоваться
аналогией. И, наконец, — встать на позицию критика. Это позволит найти
нежелательные явления в предложениях, которые были сделаны
реалистом, и, тем самым, выйти на формулирование противоречий.
И затем постараться избавиться от противоречий, применив приемы
их разрешения.
10.4. Формы представления результатов морфологического
исследования
Для наглядного представления результатов морфологического
моделирования, репрезентации полученного множества решений можно
использовать не только МТ, но и другие формы представления множества
возможных решений: в виде томографических срезов, понижающих

270
Раздел 2. Приемы и методы решения технических задач
размерность множества, в виде графической схемы, получившей
название «цветущий лотос» и ментальной карты.
Пример 10.8. Морфологическое исследование пуговиц. Требуется
разработать типоразмерный рад пуговиц. При этом необходимо создать
максимальное разнообразие изделий при минимальных
производственных затратах. Нужно выбрать простой и наглядный способ
представления множества полученных вариантов пуговиц.
Основными признаками, влияющими на потребительные
свойства, конструкцию и технологию изделия являются: форма
пуговицы, способ крепления к ткани, цвет и материал пуговиц. По этим
признакам можно построить морфологическое множество решений
(табл. 10.16).
Таблица 10.16. МТ решений пуговиц
Признак
пуговицы
А — форма
пуговицы
Б — способ
крепления
В — цвет
пуговицы
Г — материал
Варианты реализации признаков
1
Плоский
крут
Заклепка
Белый
Дерево
2
Плоский
многоугольник
Ножка

Металлизированный (золотой и
серебряный)
Металл
3
Полусферическая
Сквозные отверстия
(2, 3 или 4)
Черный
Пластмасса
4
Фантазийная
(бантик,
сердечко, и т. п.)
«Репейник»
Цветной
Стекло
Число вариантов пуговиц без учета цветовой гаммы равно
4.4-4-4 = 256.
При генерировании идей по каждому признаку нужно отвлечься от
других признаков и от рассматриваемого объекта в целом — пуговицы
вообще.
Например, ставится задача, как можно прикрепить кусочек
твердого материала к ткани. Пришить нитками, прикрепить на застежке —
липучке (другое название — репейник), на отогнутой проволочке или
узкой металлической ленте (как звездочки на военной форме), на
замочке с пружинкой (как крепятся некоторые значки), на английской
булавке, на пружинке как держатель галстука, как запонка.
Для упрощения анализа морфологического множества большой
размерности, как показано ранее в примере с амортизатором,
многомерная таблица разбивается на ряд маленьких таблиц, полученных
как срезы, слои из МТ. Это позволяет уменьшить размер
морфологической таблицы, сделать более обозримым поле возможных решений.
Например, в табл. 10.17 исключен один признак — форма пуговицы.
По сравнению с табл. 10.16 число возможных решений значительно
сократилось.

10. Морфологический подход к анализу и синтезу объектов
271
Таблица 10.17. Срез по А1: пуговицы в форме плоского круга
Признак круг-
j лой пуговицы
Б — способ
крепления
В — цвет
пуговицы
J Г — материал
Варианты реализации характеристик
1
Заклепка
Белый
Дерево
2
Ножка

Металлизированный (золотой
и серебряный)
Металл
3
Сквозные
отверстия (2 или 4)
Черный
Пластмасса
4
Репейник
Цветной
Стекло
Число вариантов сократилось до 4 • 4 • 4 = 64. Можно сделать любой
другой срез, например, по цвету пуговицы В2 (табл. 10.18).
Таблица 10.18. Срез по В2: металлизированные (золотые и серебряные) пуговицы
Характеристика
пуговицы
А — форма
пуговицы
Б — способ
крепления
Г — материал
Варианты реализации характеристик
1
Плоский
крут
Заклепка
Дерево
2
Плоский
многоугольник
Ножка
Металл
3
Полусферическая
Сквозные
отверстия (2, 3 или 4)
Пластмасса
4
Фантазийная
(бантик, сердечко,
и т. п.)
Репейник
Стекло
Число возможных вариантов также равно 64, пуговицы разной
формы, но все металлизированные (золотые или серебряные).
10.4.1. Цветущий лотос
Наглядное представление о развернутом морфологическом
множестве дает модель, получившая название «Цветущий лотос» [2],
построение которой выполняется в такой последовательности (рис. 10.18):
1) исследуемый объект записывается в центральном малом квадрате;
2) в восемь окружающих малых квадратов записываются
характеристики, определяющие свойства исследуемого объекта;
3) каждая из этих восьми характеристик переносится в центр
восьми больших квадратов, расположенных на периферии вокруг
центрального большого квадрата;
4) в периферийных больших квадратах вокруг каждой
характеристики, записанной в малом квадрате, записываются варианты, связанные с
изменением записанного признака. Таким образом заполняются все
оставшиеся квадраты.
Возможные варианты объекта формируются так же, как и при
использовании МТ.
На примере построенного поля решений для пуговицы в виде
цветущего лотоса можно оценить достоинства этой модели (см. рис. 10.18).

272
Раздел 2. Приемы и методы решения технических задач
Плоский
круг
Ромашка
Сердечко
Фонарик
Электр,
ключ
Ажурный
металл
Камни

Прямоугольник
А
Форма
Овал

Микрофон
1 -«_
Доп.
св-ва
Ж *
Декор
Шарик

Полусфера
Рснйб
Магнит
Тайник
Сиюы
Эмаль
Ножка
4-е отв.
\
А
Форма
1
Доп.
св-ва
Ж
/Декор
Одежда
Глазки
игрушек
Б

Крепление
,>
Б

Крепление
ПУГОВКЛ
Е

Применение
Е ^

Применение
Бусы
Заклёпка
2-е отв.
В
Материал
1
Цвет
д

Изготовление ^
Фишки
Картины
Стекло
Маталл
Ткань
Белый
Синий
Зелёный
ч
Литм
Мех.

обработка
Дерево
В
Материал
*
Камень
Чёрный
"*■ 1
Цвет

Коричневый
Сборная
^Д

Изготовление

Прессование
Кость
Пластик

Перламутр
Золотой

Серебряный
Красный

Штамповка

Экструзия
Рис. 10.18. Модель «цветущий лотос»
Во-первых, изображены сразу все аспекты исследуемой задачи,
во-вторых, число независимых характеристик (8) соответствует числу
одновременно удерживаемых сознанием независимых понятий (7+2), т. е.
получается хорошая обозримая модель.
Модель «цветущий лотос» удобна при небольшом числе
исследуемых параметров. Ее рекомендуется изображать на большом листе
бумаги. Если параметров больше, а модель подвергается постоянным
корректировкам, то данную модель приходится постоянно перестраивать
заново.
10.4.2. Ментальная карта
Возможно другое очень удобное представление морфологического
поля решений в виде ментальной карты (см. подразд. 5.2.3).
Рассмотрим ее на примере конструкций пуговиц и их применения (рис. 10.19).

10. Морфологический подход к анализу и синтезу объектов
273
Одежда
Форма _
пуговицы
Плоский круг
Прямоугольник
Шарик
Сумки
Фишки
Глазки игрушек
Бусы
Картины
Овал
Применение
Белый
Черный
Золотой
Серебряный
Цветной
Цвет
Ножка
Пуговица
Крепление
f к изделию
Заклепка
, 2 отверстия
, 4 отверстия
Дерево
Материал
пуговицы
Кость
Пластик
Металл
Рис. 10.19. Ментальная карта вариантов исполнения пуговиц
Корректировка карты выполняется путем добавления веток в схеме
либо прорисовкой разветвления вариантов. При отказе от вариантов
ветку можно обвести контуром либо зачеркнуть. Это не помешает
работе с оставшимися вариантами. Особенно удобно это выполнять в
программах типа Mind Manager (см. также разд. 11.4).
10.5. Метод отрицания и конструирования
Для создания ТО с новыми свойствами, новых продуктов Цвикки
на основе морфологического подхода разработал метод отрицания и
конструирования (МОК), который предполагает последовательный
перебор вариантов свойств объекта, но с применением приема инверсии
(см. разд. 2.2).
Процедура применения метода сводится к трем последовательным
этапам:
1) для исследуемого объекта составляется перечень основных его
характеристик (признаков, свойств), которые участвуют в выполнении
его главной полезной, основной, вспомогательной или дополнительной
функции;
2) каждое из выявленных свойств поочередно заменяется
некоторыми другими свойствами, которые характеризуют иное качество объекта.
Изменив хотя бы одно свойство объекта, можно получить новый
системный эффект. Если это полезный эффект, то его можно использовать
для улучшения ТО;
3) конструируется объект с новым свойством. Остальные свойства
оставляют теми же, что и в исходном объекте.

274
Раздел 2. Приемы и методы решения технических задач
Отношение заменяемого свойства к исходному может быть трех
видов (рис. 10.20).
Рис. 10.20. Виды отношений между изменяемыми свойствами
Заменяемое совместимое свойство характеризует другое качество
объекта. Это свойство совместимо со свойством, присущим объекту,
т. е. наличие этого свойства у объекта не конфликтует с другими
свойствами объекта и не противоречит назначению этого ТО и
выполняемой им ГПФ. Введение этого свойства может приводить к улучшению
выполнения ГПФ или расширению его возможностей. Например, для
какого-либо объекта свойства: теплопроводный, мягкий, большой,
зеленый, магнитный могут быть совместимыми.
Заменяемое несовместимое свойство — это такое свойство, при
внесении которого ТО не может выполнять какую-либо из своих функций,
т. е. это свойство изменяет назначение ТО.
Несовместимое свойство может находиться:
• в отношении противоречия (например, трансмиссия: жесткая
либо гибкая, система управления с обратной связью и без
обратной связи);
• в отношении противоположности к заменяемому свойству
(например, цвет объекта — красный, синий; характер движения —
прямолинейное, вокруг оси, в плоскости) (см. приложение Ш).
В технике метод отрицания и конструирования позволяет поставить
задачу о создании ТО объекта с другой ГПФ или получить множество
решений, которые в основном связаны с улучшением ГПФ,
повышением универсальности ТС.
Пример 10.9. Применение МОК к объекту весы.
1. В исследуемом объекте выявляются основные свойства (рис. 10.21).
2. Последовательно отрицается одно из свойств и заменяется
другим свойством.
3. Конструируются различные варианты объекта с измененными
свойствами, и составляется список новых свойств.
Результат генерации решений МОК можно представить в виде
табл. 10.19.

10. Морфологический подход к анализу и синтезу объектов
275
4. Сохраняют жесткость
и прочность несущих
конструкций
3. Сохраняют точность
измерений в течение
времени эксплуатации
Рис. 10.21. Основные характеристики и функции весов
Таблица 10.19. МТ исследования весов МОК
Свойства объекта
Показывают вес
тела
Удерживают
взвешиваемое
тело
Сохраняют
точность измерений
в течение
времени эксплуатации
Сохраняют
жесткость и
прочность
Обеспечивают
удобство
считывания
информации о весе
Варианты замещающих свойств
Показывают удель- ] Показывают объем \ Показывают реак-
ный вес тела (1) |тела (1) цию опор тела (1)
Устанавливают тело Подбрасывают тело
в определенную | (вибрация) (3)
точку (1) '
Выбирают точность
в зависимости от
веса (1)
Помещают
взвешиваемое тело во
временную защитную
оболочку (1)
Значение веса
озвучивается (1)
Прибавляют к весу
определенный
процент (1)
Деформируются под
действием веса тела
(3)
Взвешивают тело,
находящееся в
движении (2)
Повышают
точность за период
работы за счет
самонастройки (1)
При взвешивании
«ломаются» (3)
Данные считывают- Данные не предъ-
ся скрытным обра- являются, а накап-
зом (2) ливаются в памяти
(3)
Примечание. 1 — совместимые; 2 — противоположные; 3
щие свойства по отношению к исходному.
противореча-
Полученные варианты исследуются с точки зрения получения
положительного эффекта. Таким образом, можно получить спектр ТО,
выполняющих различные функции:
1) измерение удельного веса;
2) определение объема тела;
3) измерение величины реакции опоры, на которой лежит тело
(например, для исследования упругости конструкционных материалов);
4) позиционирование (координирование) взвешиваемого тела в
пространстве;

276
Раздел 2. Приемы и методы решения технических задач
5) подбрасывание тела (весы быстро выполняют несколько
взвешиваний, и результат усредняется, либо взвешенный груз сбрасывается
в тару);
6) взвешивание тела, находящегося в движении;
7) автоматический выбор точности измерения;
8) автоматическое изменение результата путем прибавления (или
убавления) веса тела на определенный процент (например, вычитается
вес упаковки);
9) самонастраивание по точности в процессе работы;
10) обеспечение самозащиты при прецизионных лабораторных
измерениях — взвешиваемое тело предварительно помещается в
защитную упаковку, чтобы при падении не повредить весы;
11) прогиб в области стола под действием тяжести взвешиваемого
тела (этим весы защищаются от разрушения, а округлое тело не
перекатывается на весах);
12) создание «антиопоры» для взвешиваемого тела: если это стол,
т. е. подвеска тела на тросах, если весы пружинные типа безмена, т. е.
опорный лоток (полезно при взвешивании больших грузов);
13) сообщение результата измерений через динамик (вариант —
весы со шкалой, образованной подвижными штифтами для
определения веса на ощупь для инвалидов по слуху и зрению);
14) ограничение доступа к результатам измерений (например, при
взвешивании драгоценных металлов);
15) отсутствие данных о весе тела; результаты измерения поступают
в память накапливающего элемента и там хранятся;
16) указание параллели, на которой находятся весы, если они отта-
рированные на экваторе.
Таким образом, МОК позволяет решать ряд задач по
усовершенствованию ТО по трем направлениям (рис. 10.22).
1. Объект с повышенным
качеством выполнения функций
Г
Исходный
объект
.» 2. Объект с добавленными
функциями
+ 3. Объект с качественно новыми
функциями
Рис. 10.22. Варианты объекта, полученные МОК
Как следует из приведенного примера, МОК предполагает
применение операции изолирующей абстракции для того, чтобы освободиться
от В ПИ, отвлечься от объекта и рассматривать набор возможных

10. Морфологический подход к анализу и синтезу объектов
277
свойств безотносительно к объекту. Затем, возвращаясь к объекту
можно поставить ряд задач по его совершенствованию или созданию
нового продукта.
Например, создать прибор, показывающий удельный вес (для
ювелирной промышленности) или измеряющий вес движущегося тела,
например, измерение веса тела во время сильной качки на корабле (см.
функцию № 5).
Совершенствование ТО по каждому из перечисленных
направлений, как правило, приводит к изменению структуры исходного объекта.
Следовательно, в соответствии с принципом системного подхода, это
будет приводить к появлению новых системных свойств.
Вопросы для самопроверки
1. Что изучает морфология?
2. С какой целью используется морфологический подход при решении технических задач?
3. Какие задачи ставит пред собой инженер при формировании заголовка МТ на этапе
исследования проблемы?
4. Какая модель, из рассмотренных в гл. 9, ориентирует на формирование
операционной МТ?
5. Какая модель, из рассмотренных в гл. 9, ориентирует на формирование
предметной МТ?
6. Какие ресурсы и приемы, рассмотренные в подразд. б.З и 9.2.1 и каким образом могут
быть использованы при формировании заголовка МТ?
7. В чем заключается применение стратегии Диснея при заполнении МТ?
8. В каких графических моделях могут быть представлены результаты морфологического
исследования?
9. Для решения каких задач используется МОК?

11. ОБЩИЕ МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ
ПО РЕШЕНИЮ ЗАДАЧ
В инженерной практике встречается большое разнообразие задач и
план решения во многом зависит от того, как поставлена задача, какова
ее первоначальная формулировка. В зависимости от цели, которая
ставится в первоначальной формулировке задачи, можно вьщелить два
вида технических задач (рис. 11.1).
Проектирование
нового объекта
Совершенствование
существующего объекта
Рис. 11.1. Виды технических задач в зависимости от их первоначальной формулировки
Целью исследовательских задач является достижение понимания
сущности процессов, происходящих в изучаемом объекте. Описание
задачи включает в себя вопрос «Почему?». Это могут быть проблемы,
связанные, например, с плохой работоспособностью ТС, связанные с
проявлением НЭ или явлений. Для того чтобы это предотвратить,
нужно понять, почему возникло то или иное нежелательное явление.
Подобные задачи могут возникать также, если наблюдаемое явление
противоречит ожидаемому. Нужно найти объяснение этому явлению.
Тогда, если оно нежелательное, будет поставлена задача как его
предотвратить. Если полезное, то как его использовать.
В задачах синтеза целью является создание ТО (конструкции или
технологии) для выполнения некоторой полезной функции.
Это деление технических задач в определенной мере условно и
связано с тем, что для их решения предлагаются принципиально разные
подходы.
Для решения задач синтеза сначала проводят исследование
проблемы. Решение исследовательской задачи часто завершается решением

11. Общие методические рекомендации по решению задач
279
задач проектирования. Для спроектированного ТО проводят
исследование полученного решения.
Важно, что первоначальная формулировка задачи определяет
первые шаги по поиску решения.
Рассмотренные в предыдущих разделах приемы и методы решения
задач, в основном относились к задачам создания ТО, т. е. к задачам
синтеза, в которых для выполнения требуемых функций нужно было
сформировать структуру ТО или произвести изменения в структуре
функционирующего ТО для получения нужных свойств. Однако
рассмотренный аппарат поиска решения может быть с успехом применен
и для решения исследовательских задач.
11.1. Решение исследовательских задач
В постановке исследовательской задачи ставится проблема раскрыть
сущность явления, объяснить его причину.
Б. Л. Злотин и А. В. Зусман выделяют два вида исследовательских
задач в зависимости от изучаемого объекта [50].
1. Задачи определения способов решения проблем, связанных с
созданием и совершенствованием ТО. Например, ставится задача понять,
каким образом конкуренту удалось создать ТО с лучшими
показателями, чем существующий? Какие способы и приемы решения задачи
были использованы? В частности, каким образом конкуренту удалось
снизить расход энергии, обеспечить более высокую точность
обработки, повысить чувствительность метода проверки герметичности,
повысить качество продукции при снижении затрат на ее изготовление,
используя такое же оборудование как и на вашем предприятии?
2. Анализ причин и объяснение явлений, которые наблюдаются в
естественных и искусственно созданных объектах. Например, нужно
объяснить, почему происходит единичное или периодически
повторяющееся полезное или нежелательное явление. К этому типу задач
относятся задачи объяснения природных явлений, решение задач
диагностики и поиска неисправностей в ТО.
Оба вида задач очень близки по методам их решения.
Исследовательская задача имеет ряд особенностей по сравнению с
прямой задачей синтеза:
Задача синтеза
Исследовательская задача
Постановка задачи
Как это можно сделать? Найти ресурсы для: Объяснить: почему это происходит?
выполнения полезной функции или
устранения НЭ
Описание конфликта
Социально-техническое, операционное или
предметное противоречие
Наблюдаемое явление противоречит
ожидаемому либо ему нет объяснения

280
Раздел 2. Приемы и методы решения технических задач
Пример 11.1. Кража спирта. Во время перегона цистерны со спиртом
от завода-изготовителя к потребителю из опечатанной цистерны
регулярно исчезало около 4...6 л спирта. Это нельзя было объяснить. Меры,
принимаемые для охраны, результата не давали. Требовалось выяснить
причину пропаж [50].
Было подозрение на кражу. Но как злоумышленники это делали?
Пример 11.2. Перевозка микросхем. На радиозаводе при перевозке
микросхем из одного цеха в другой часть из них по непонятным
причинам выходила из строя [50, 74].
Микросхемы перевозили на электрокаре в обычных пенопластовых
коробках. Перед отправкой их проверяли. В цехе-потребителе входной
контроль показывал, что у некоторых микросхем был электрический
пробой.
В чем причина электрического пробоя у части микросхем?
Анализ хода решений подобных задач специалистами показал, что
они сознательно или интуитивно использовали прием, известный из
практики знаменитых детективов, — «поставить себя на место
злоумышленника». И вместо вопросов: «Как это произошло?» или «Как это
объяснить?» ставился вопрос: «Как это можно сделать»? При этом
исследовательская задача превращалась в задачу синтеза. Тогда решение задачи
сводится к поиску ресурсов: ФТЭ, формированию ФПД, поиску
системных эффектов для получения наблюдаемого явления. И для ее решения
можно применить весь набор рассмотренных приемов и методов.
Разрабатывается несколько вариантов, создаются гипотезы, которые
затем проверяются.
Этому подходу Б. Л. Злотин и А. В. Зусман [50] дали название
«Обращение исследовательской задачи». Он соответствует рассмотренному
ранее приему решения задач — инверсии (см. разд. 2.2).
Очень часто задача, казавшаяся сложной в исследовательской
постановке, при обращении в задачу синтеза становится простой. Важную
роль играют ресурсы, в первую очередь, вещественно-полевые и
системные. Во многих случаях решение обращенной исследовательской
задачи зависит от умения обнаружить необходимый ресурс.
Продолжение примера 11.1. Кража спирта. Задача синтеза: как
извлечь спирт из опечатанной цистерны?
Эта реальная задача была предложена Альтшуллеру на одном из
семинаров по ТРИЗ человеком, который знал ответ, специально для
проверки возможностей ТРИЗ. Альтшуллер применил прием
предварительного действия, (сделать заранее), т. е. использовал ресурс времени.
В пустой и, естественно, еще не опломбированной цистерне,
помещается вещество, которое будет удерживать в себе некоторое
количество спирта. Располагается оно так, чтобы через верхний люк его не было
видно.
Таким веществом может быть, например, ведро, закрепленное в
верхней части цистерны или темное шерстяное одеяло,
располагающееся на дне цистерны.

11. Общие методические рекомендации по решению задач
281
Это вещество извлекают из пустой цистерны, с которой уже сняли
пломбу.
Продолжение примера 11.2. Перевозка микросхем. Задача синтеза:
как вызвать электрический пробой микросхем?
Нужен электрический потенциал. Как его создать? Статическое
электричество можно получить при трении.
Статическое электричество возникало при транспортировке:
пенопластовые коробки при тряске терлись друг о друга.
Обращенная исследовательская задача имеет ряд особенностей по
сравнению с прямой задачей синтеза:
Формулировка задачи
Задача синтеза
Не усложняя ТС (для повышения степени
идеальности) обеспечить выполнение
полезной функции
Обращенная исследовательская задача
Не изменяя ТС обеспечить появление
наблюдаемого эффекта (полезного или вредного)
Использование ресурсов
Для выполнения полезной функции можно
привлекать все имеющиеся ресурсы
Только за счет имеющихся ресурсов
обеспечить появление наблюдаемого эффекта,
поскольку в системе все для этого есть
Пример 11.3. Плывун в котловане. «Плывун дает о себе знать как
только котлован в него углубляется. Выработка грунта за день исчезает
сполна... На следующий день надо снова выбирать землю с тех
отметок, с которых он уже был выбран... По мере углубления котлована в
плывуне, в боковых стенках его начинают формироваться пещеры...
Над пещерами нависают своды. Наконец начинаются обвалы». Это
классическое описание плывуна составлено в 1935 г. профессором
А. Ф. Лебедевым. Строители всегда считали, что виновата вода:
разжиженный грунт ведет себя именно так. Но выяснилось, что есть два типа
плывунов. Для того чтобы «успокоить» один из них, достаточно
выкачать из него воду. Другой же, тоже часто встречающийся, после
откачки воды вовсе не становится «добронравнее» и по-прежнему при
появлении давления и даже под действием собственного веса «плывет куда
ему вздумается. Как это объяснить?» [50].
Обращенная задача. Как сделать сухой массив песка текучим
самым простым способом? Надо ввести в него смазку, но откуда ее
взять? Конечно из имеющихся ресурсов. Что может находиться в массе
песка? Микроорганизмы! Они находятся между песчинками, а
продукты их жизнедеятельности, — это тагазь и пузырьки газа, которые
облепляют песчинки со всех сторон. Получается прекрасная смазка.
Практики должны были давно обнаружить это, так как замечали,
что плывун пахнет гнилью. Спустя много лет после описания плывуна,
данное профессором Лебедевым, грунтоведу Н. В. Радиной за
объяснение этих явлений был выдан диплом на открытие. Это говорит о том,

282
Раздел 2. Приемы и методы решения технических задач
что при исследовании объектов нужно быть очень внимательным, и не
пропускать мельчайших деталей, свойств, которые проявляются в
анализируемом объекте.
Пример 11.4. Алмазный инструмент затупился. Алмазным
инструментом произвели обработку заготовки из мягкого железа [50].
Инструмент сразу же затупился. Алмаз — самое твердое вещество. Почему
произошло затупление инструмента при обработке мягкого материала?
В условии задачи описана система, которая включает вещества:
заготовка из железа, алмазный инструмент, стружка и поля: скорость
резания, силовое взаимодействие инструмент—заготовка.
ПП: Инструмент затупился, — наблюдаемое явление. Инструмент
не должен был затупиться, так как он тверже заготовки.
Как сделать так, чтобы мягкое железо затупило алмазный
инструмент? Известно, что процесс резания сопровождается выделением
тепла. Алмаз — это аллотропное состояние углерода.
Как затупить инструмент при имеющихся ресурсах? Нужно создать
такие условия, чтобы углерод диффундировал в железо. При высокой
температуре и хорошем контакте между железом и углеродом может
начаться процесс растворения углерода в железе.
Особенностью предметного противоречия в обращенной
исследовательской задаче является то, что в одном суждении в категорической
его части описывается наблюдаемое явление. Нормативная часть
обычно опускается. В ней подразумеваются законы природы, в соответствии
с которыми происходит наблюдаемое явление.
Если наблюдаемое явление не соответствует нашему пониманию
процесса или события, то в другом суждении дается описание того, что
должно происходить на самом деле.
Методические рекомендации по решению исследовательских задач
приемом обращения
1. Сформулировать исходную постановку задачи. Имеется система,
включающая следующие компоненты... . При выполнении физической
операции... происходит (наблюдается) явление..., в то время как
должно происходить другое, ожидаемое явление. Необходимо объяснить
почему это происходит.
2. Сформулировать обращенную задачу. Заменить вопрос: «Почему
это происходит?» на вопрос: «Как это можно сделать?»
Таким образом ставится задача получения в заданных условиях
наблюдаемого явления, т. е. ставится задача синтеза.
3. Провести анализ вещественно-полевых ресурсов:
3.1) перечислить все имеющиеся в исходной системе ресурсы,
способные в принципе совершить наблюдаемое действие, проявить
наблюдаемое свойство: вещества, поля, характер их взаимодействия, влияние
человека, воздействия окружающей среды;

11. Общие методические рекомендации по решению задач
283
3.2) рассмотреть ФТЭ, которые могут вызвать наблюдаемое явление,
проявиться при взаимодействии имеющихся ресурсов;
3.3) проанализировать возможность проявления синергетических
эффектов от взаимодействия имеющихся ресурсов;
3.4) применить оператор РВС (см. разд. 6.4) для имеющихся
ресурсов, чтобы получить наблюдаемый эффект.
4. Применить аналогию. Рассмотреть в каких природных процессах
или в технических объектах можно наблюдать подобные явления.
5. Сформулировать противоречия, наметить прием их разрешения и
предложить решение. Разрешение ПП будет заключаться в том, что
будет найдено объяснение наблюдаемому явлению. Применение приемов
разрешения ПП те же (см. разд. 8.3) — поиск ресурсов: пространства,
времени, введение веществ, полей, проведение количественных
изменений в системе для получения системного эффекта, чтобы создать
условия для получения наблюдаемого явления.
Намеченный прием разрешения противоречия, по существу,
является гипотезой, для объяснения явления. Предпочтение следует
отдавать самым простым средствам создания наблюдаемого явления.
6. Проверить выдвинутые гипотезы.
11.2. Выявление и прогнозирование нежелательных эффектов
и явлений в конструкциях и технологиях
При проектировании техники и в производственных условиях часто
возникают задачи улучшить некоторые свойства или не допустить
появления нежелательных явлений и свойств в конструкциях и
технологиях. Это тоже исследовательские задачи, для которых может быть
применен прием обращения.
Нежелательные явления, вредные эффекты могут не только ухудшить
функционирование ТС, но и привести их к отказу, опасной аварии и
даже катастрофе. Для предупреждения аварий, прогнозирования
неблагоприятных сценариев развития ТС и используют инверсный подход.
Его сущность заключается в том, что вместо вопроса: «Какие НЭ
(например, дефекты, виды брака) возможны в ТС (конструкции или
технологии)?», задается вопрос: «Как испортить ТС, как обеспечить
получение нежелательных явлений и недостатков, (например, дефектов)?».
Таким образом, вместо поиска путей улучшения ТО, ставится
задача по поиску его недостатков. Но эту задачу тоже можно инвертировать
и поставить задачу не искать недостатки в ТО, а как их создавать.
Создавать нужно такие дефекты, которые не могут быть
обнаружены имеющимися средствами диагностики. Это должны быть скрытые
недостатки, дефекты, которые могут проявиться не сразу, а спустя
некоторое время или при стечении некоторых обстоятельств. Если ТО
является технологический процесс, то нужно придумать условия возник-

284
Раздел 2. Приемы и методы решения технических задач
новения брака. Можно сказать, что ставится задача по придумыванию
диверсий. Поэтому такую постановку задачи Злотин и Зусман [50]
назвали «диверсионный анализ». Диверсии нужно придумать такие,
чтобы их не могли сразу обнаружить.
Если найдутся способы, как ухудшить ТО, то можно найти
мероприятия, чтобы этого не допустить. Применение метода
«диверсионного анализа» требует определенной психологической перестройки
сознания. Овладение этим методом придает гибкость мышлению,
способствует развитию умения рассматривать проблему с различных позиций,
применять различные приемы для поиска решений.
Пример 11.5. Улучшение работы автоматического выключателя.
В 1978 г. на ленинградском заводе «Электросила» проходило совещание
по улучшению работы автоматического выключателя [50, 74].
«На одном из заседаний временной рабочей группы по проведению
функционально-стоимостного анализа мощного автоматического
выключателя разговор зашел в тупик. Контакты выключателя казались
вполне благополучными, было неясно, что именно в них нуждается в
усовершенствовании. Тогда ведущий задал вопрос: "Допустим, этот
контакт идеальный, и мы не можем его улучшить. А как можно его
испортить? Причем так, чтобы дефект оказался скрытым".
Предложения посыпались в большом количестве. Среди них
оказалось и такое: контакт состоит из двух частей, которые затем спаивают
твердым припоем. Если сделать так, чтобы пайка проходила только по
периметру площадки соприкосновения, а не по всей поверхности, как
это должно быть, этого не заметит никто, при пропускании малых
токов ничего плохого не произойдет, но при больших токах из-за
возрастания сопротивления спай начнет интенсивно греться, и при
достаточно высокой температуре контакт развалится на части. Эта идея вызвала
замешательство технолога, который признал, что именно так
происходит на практике из-за того, что рабочие борются за экономию
дорогостоящего серебросодержащего припоя.
Его слова вывели из себя инженера-исследователя, чья лаборатория
уже больше 10 лет исследовала причины перегрева и разрушения
контактов, перепробовала множество вариантов конструкций,
позволяющих избавиться от этого дефекта, не подозревая, что имеет дело с
производственным браком. После установления причины брака был
найден простейший способ навсегда избавиться от дефекта, обеспечив
надежную пайку независимо от добросовестности оператора».
Инверсия задачи «Как улучшить ТО?» на задачу «Как ухудшить
работу ТО, испортить его?» требует определенной перестройки мышления.
Основные этапы решения задачи [50]
1. Сормулировать исходную постановку задачи по схеме: дана
(указать, техническая, социотехническая или природная) система (указать
название и ее ГПФ). Необходимо найти и устранить возможность появ-

11. Общие методические рекомендации по решению задач
285
ления чрезвычайных ситуаций, вредных и нежелательных явлений,
связанных с данной системой.
2. Преобразовать задачу в диверсионную, записав ее по схеме: дана
(указать, техническая, социотехническая или природная) система
(указать название и выполняемые функции). Необходимо создать
возможно большее количество условий для появления вредных и
нежелательных явлений, связанных с данной системой.
3. Поиск ресурсов для создания НЭ. Методика решения задачи
заключается в том, что сначала нужно отвлечься от реальных условий
функционирования ТО и придумать как можно больше способов
создания НЭ. А затем, когда «диверсии» придуманы, проверить нет ли в
анализируемом ТО и НС ресурсов, которые приведут к появлению НЭ.
Испортить ТО можно внеся такие дефекты, которые либо приведут
к нарушению конструктивной целостности ТО, либо сделают
функционирование ТО таким образом, что плохо будет выполняться ГПФ.
Поэтому при разработке условий для появления дефектов
целесообразно воспользоваться рассмотренным ранее функциональным
подходом.
3.1. Выделить функциональные компоненты, описать функции,
которые они выполняют (в виде таблицы). Дать анализ уровня
выполнения функции, опираясь на принцип соответствия функции и структуры.
3.2. Выписать параметры, характеризующие функциональные
компоненты и их значения, которые соответствуют нормальному
функционированию компонентов.
3.3. Воспользоваться оператором РВС (см. разд. 6.4).
Проанализировать, что может произойти, если эти значения будут отличаться от
требуемых значений. Как это повлияет на выполнение ГПФ и
функционирование других компонентов?
Если предположить, что при разработке ТО соблюдался принцип
согласования-рассогласования, то количественные изменения в
компонентах или связях приведут к нарушению его работы.
3.4. Найти условия, при которых можно получить такие изменения
параметров функционирования компонентов, которые приведут к
отказу ТС. Полученные результаты свести в таблицу.
3.5. Осуществить поиск системных ресурсов, связей между
компонентами рассматриваемой ТС и ее связями с НС. Для этого можно
воспользоваться следующими моделями: КФС, ПФС или иерархической
моделью взаимосвязи функций в виде диаграммы Исикавы — Сибиря-
кова (см. рис. 9.5).
На построенных моделях нанести НЭ в местах их возможного
появления. Это может быть прямое вредное воздействие одного компонента
на другой при выполнении им своих функций. Это могут быть как
факторы расплаты за выполняемую функцию, так и проявление синергети-
ческого эффекта. Найти способы нежелательного воздействия одних
компонентов на другие.

286
Раздел 2. Приемы и методы решения технических задач
Прежде всего, нужно продумать какие изменения в ТС могут
привести к нарушению принципов строения и функционирования ТО:
• принципа соответствия функции и структуры — продумать, какие
системные свойства могут приводить к тому, что функции
компонентов будут выполняться недостаточно или избыточно;
• принципа энергетической проводимости — как разорвать
энергетические связи или наоборот организовать связь там, где это
приведет к отказу;
• согласования-рассогласования — как нарушить внутреннее и
внешнее согласование, по качеству и количеству, статическое и
динамическое.
При придумывании «диверсий» можно воспользоваться
материалами, приведенными в приложении П16.
Систематическое использование диверсионного подхода в
инженерной практике позволяет избежать многих техногенных аварий,
отказов ТС, повысить надежность и безопасность техники. Если такой
анализ не проводят, то получают ситуации, описанные ниже.
Пример 11.6. Некоторые случаи отказа элементов автоматики. «В цех
привезли робота, собрали его, настроили и поставили к станку.
Пожилой рабочий, много лет проработавший на этом станке, с удивлением
наблюдал, как "железный человек" молниеносно выполняет все
рабочие операции. Но уже через полчаса робот остановился. Теперь пришла
очередь удивляться группе инженеров-электронщиков: что случилось?
Все вроде бы в порядке... Оказалось, что в остановке виновата стружка,
попавшая в движущиеся части станка. Рабочий бы смахнул ее щеткой
и продолжил работу, а для робота это совершенно непредусмотренная
тупиковая ситуация. Инженеры почистили щеткой станок и снова
включили, результат тот же — робот опять остановился. Как быть? Не
ставить же рабочего со щеткой... .
В США робот для погрузочно-разгрузочных работ внутри реактора
вдруг начал беспорядочно бить стальной рукой по собственной станине
и через несколько минут развалился на части. На радиозаводе в Англии
после вспышки блицлампы фоторепортера сработали инфракрасные
глаза-датчики робота-пожарного и весь запас пены был выплеснут на
группу приглашенных гостей... Ложные срабатывания датчиков,
внезапные неисправности в «мозгах» роботов, — вот причины
возникновения опасных для людей ситуаций» [105].
Пример 11.7. Конструкция замка стиральной машины. При
закрывании боковой дверцы для загрузки белья стиральной машины
(рис. 11.2, а) защелка 1, установленная на дверце, перемещается по
стрелке А, в конце своего хода поворачивает рычаг 2. Затем под
действием пружины 5 защелка поворачивается по стрелке Б и занимает
положение, показанное на рис. 11.2, б. В этом положении фиксируется
дверца. Рычаг 2, поворачиваясь на оси 3 правым концом замыкает
контакты конечного выключателя 4, при замыкании контактов
которого может быть включен клапан подачи воды в машину.

11. Общие методические рекомендации по решению задач
287
а б в
Рис. 11.2. Конструкция замка стиральной машины: 1 — защелка; 2— рычаг;
3 — ось; 4 — конечный выключатель; 5 — пружина
Очевидно, что при функционировании этого устройства сначала
срабатывает конечный выключатель 4 и только потом защелка
занимает положение, при котором дверца не откроется. Следовательно,
возможна такая ситуация когда защелка только краем зацепится за выступ
(рис. 11.2, в). Конечный выключатель сработает, вода будет поступать в
машину. При работе машины от тряски защелка может соскочить с
выступа и дверца откроется — из машины будет выливаться вода.
Пример 11.8. Герметичное разъемное соединение корпусных деталей
микроблока с общей герметизацией (МБОГ). Для обеспечения защиты
от внешней среды бескорпусных электронных узлов корпус
микроблока должен быть герметичным. Чтобы МБОГ был ремонтопригодным,
герметичное соединение делают разъемным. Одно из конструктивных
решений ремонтопригодного герметичного соединения — паяный шов
(рис. 11.3).
В паз по периметру между крышкой 1 и корпусом 2 закладывают
шнур 3 из термостойкой резины, стальную (или медную) проволоку 4 и
запаивают припоем 5. Резиновый шнур обеспечивает предварительную
герметизацию, защищая внутреннюю полость блока от попадания
паров флюса при пайке. Диаметр проволоки берется на 0,1...0,2 мм
меньше ширины паза. Припой низкотемпературный ПОС-61. Для удобства
разборки соединения на концах проволоки предусматриваются петли.
Рис. 11.3. Эскиз паяного шва МБОГ:
1 — крышка блока; 2 — корпус блока; 3 — прокладка из силиконовой резины; 4 — луженая
стальная или медная проволока; 5— припой ПОС-61

288
Раздел 2. Приемы и методы решения технических задач
Откачка воздуха и заполнение микроблока технологическим газом
производится с помощью откачнной трубки. Рабочая длина трубки
выбирается в зависимости от планируемого числа циклов ремонтной
разгерметизации (до 3—5 раз). Трубки из меди, латуни или ковара имеют
диаметр от 3 до 6 мм.
После опайки МБОГ из него выкачивают воздух через откачнуто
трубку и заполняют его азотом (инертным газом, сухим воздухом) а трубку
обжимают и запаивают. Давление технологического газа соответствует
нормальным условиям или повышенное до 12 ■ 104 Па (1,3 атм). Избыточное
давление гарантирует, что внутрь блока не попадут агрессивные
компоненты, разрушающие бескорпусные компоненты и паяные соединения.
Степень герметичности корпусов определяется степенью натека-
ния газа:
д VAP
где Вн — степень натекания газа, дм3 ■ Па/с;
V — объем газа внутри блока, дм3;
АР — избыточное давление внутри блока, Па;
t — срок службы или хранения блока, с.
Для герметизации пайкой требуется обеспечить натекание не ниже
В„= 1,33 х 10~7 дм3 ■ Па/с. Если материалом корпуса является сплав
алюминия, который не паяется ПОС-61, то на детали корпуса наносят
специальное гальваническое покрытие под пайку: никель, медь,
олово—свинец, после чего припой оплавляют для получения эвтектики.
Такое же покрытие наносят и на проволоку. Для вскрытия корпуса
нужно нагреть припой по контуру и вытащить из шва за петлю
проволоку, после чего крышка легко снимается.
Необходимо повысить надежность паяного шва и исключить отказы
МБОГ, связанные с разгерметизацией (исходная или прямая задача).
ГПФ паяного шва — исключить попадание жидких, твердых и
газообразных веществ во внутренний объем блока, обеспечить механическую
прочность и затруднить распространите тепла при опайке корпуса.
Диверсионная (обратная) задача заключается в следующем: создать
возможность появления в паяном шве вредных и нежелательных
явлений, приводящих к нарушениям его функционирования и к отказу.
При этом желательно, чтобы контроль не выявил брака.
Используя информацию о ТС можно составить перечень условий
для проявления НЭ: трещина в припое шва, отслаивание припоя от
корпуса, деформация шва, наличие пор и пустот в припое шва, узкая
полимерная прокладка, газовыделение полимера прокладки.
В рассматриваемой конструкции можно выделить четыре
функциональных компонента в виде рабочих зон:
1) зона контакта припоя с корпусом и крышкой (функция —
обеспечить хорошее сцепление и отсутствие микрозазоров);
2) зона припоя (функция — обеспечить отсутствие микротрещин и
посторонних включений, а также не допускать механических
напряжений);
3) зона проволоки (функция — повышение жесткости паяного шва и
прочность на разрыв при вскрытии, а также хорошая адгезия с припоем);

11. Общие методические рекомендации по решению задач
289
4) зона полимерной прокладки (функция — перекрыть доступ
жидкому припою за пределы области паяного шва в процессе
герметизации).
Если указанные основные функции не будут выполняться, то
произойдет следующее:
• между паяным швом и корпусом образуются микрозазоры, через
которые внутрь блока может попасть влага и агрессивные газы,
негативно влияющие на электронные компоненты;
• микротрещины и неоднородности в припое шва приведут к
потере герметичности и отказу электронных компонентов;
• недостаточная прочность проволоки приведет к ее разрыву во
время вскрытия, это может затруднить или сделать невозможным
ремонт МБОГ;
• некачественная прокладка пропустит внутрь блока пары флюса,
либо сама будет испускать вредные газы в процессе старения.
После этого определяют условия, при которых можно получить
такие изменения параметров функционирования компонентов, которые
приведут к отказу ТС:
Конструктивные условия
Ошибочный выбор допусков на
корпусные детали и
образование зазоров
Слишком малый диаметр
проволоки и недостаточная
жесткость ее материала
Прокладка меньшей ширины,
чем паз паяного шва
выполненная из нестабильного полимера
Технологические условия
Нарушения технологического процесса опайки,
приводящие к плохой адгезии припоя к корпусу
Нарушения технологического процесса опайки,
приводящие к появлению дефектов в припое
(микротрещины, остатки флюса, механические
напряжения)
Нарушения технологического процесса опайки,
приводящие к ухудшению качества покрытия
проволоки (перегибы)
Негативные явления можно усилить:
• использовать избыточное или недостаточное количество припоя,
паять при температуре, обеспечивающей плохую текучесть
припоя;
• подвергать паяный шов механическим воздействиям (давление,
удары);
• перегреть шов при пайке или подвергнуть его термоудару;
• плохо очистить поверхность корпусных деталей, чтобы снизить
адгезию покрытий под пайку;
• нарушить технологические режимы при нанесении покрытия под
пайку, чтобы оно получилось некачественным.
Некоторые ФТЭ могут создать вредные эффекты
рассматриваемой ТС:
• термическое расширение (использование конструкций с разными
коэффициентами линейного расширения приводит к
образованию зазоров, нагретый при пайке внутренний объем воздуха
создаст давление на шов);
• электрохимическое осаждение металла покрытия на металл
корпуса (использование электролитов с низкой рассеивающей спо-

290
Раздел 2. Приемы и методы решения технических задач
собностью приведет к разбросу толщины покрытия, нарушения
токовых режимов приведут к образованию газов и рыхлости
покрытия);
• поверхностное натяжение (возможность включений флюса в
паяном соединении).
По результатам диверсионного анализа составляют план
мероприятий для предотвращения реализации выявленных НЭ. Применительно
к герметичному паяному шву можно предложить следующее: ввести
контроль допусков сопрягаемых деталей корпуса, проволоки,
прокладки, контроль качества очистки корпуса и крышки, автоматизировать
процесс нанесения покрытий под пайку, не допускать перекрытия от-
качной трубки во время герметизации шва, ввести использование
добавок повышающих качество припоя, обеспечить выбор полимера с
низким газовыделением и стабильными свойствами, предусмотреть
прочную петлю на конце проволоки, уложить ее внахлест на другой конец
для удобства вскрытия.
11.3. Задачи синтеза
Процесс создания любого ТО (продукции для заказчика,
технологического процесса, средств технологического оснащения) укрупненно
можно представить состоящим из трех этапов (рис. 11.4 а), причем на
каждом этапе решается ряд частных задач. Решение этих задач состоит
из четырех типовых стадий (рис. 11.4 б).
Продуктом этапа проектирования является конструкторская
документация; технологической подготовки производства —
технологическая документация; этапа производства — изделие в металле (конечный
продукт). На каждом этапе создания ТО и каждой стадии решения ча-
Проектирование
п
Технологическая
подготовка
производства
о
Производство
Первоначальная формулировка задачи
Л>
Анализ проблемы, постановка
и формулирование задач
Л ь
Решение задачи
ь
Оценка полученного
решения
«Ь
Конечный
продукт
Рис. 11.4. Основные этапы создания ТО (а) и стадии решения проблемы (б)

11. Общие методические рекомендации по решению задач
291
стных задач происходит процесс формирования качества
разрабатываемого объекта. Наиболее сильное влияние на качество создаваемой
продукции имеют первые этапы и начальные стадии решения каждой
частной задачи.
Рассмотрим мероприятия, которые должны быть проведены для
создания продукции высокого качества. Известно, что проблема возникает
когда имеется некоторая потребность, а средств или способов
удовлетворения этой потребности нет. Тогда возникает предположение, что
эту потребность можно удовлетворить созданием некоторого ТО —
процесса или устройства. Этот ТО будет выполнять полезную функцию,
которая и обеспечит удовлетворение возникшей потребности.
Анализ проблемы проводится с целью постановки и
формулирования ряда задач, в которых конкретизируется, каким образом можно
удовлетворить возникшую потребность и формулируются требования к
качеству конечного продукта. В соответствии с ИСО 8402 это
«выражение определенных потребностей или их перевод в набор количественно
или качественно установленных требований к характеристикам
объекта, чтобы дать возможность их реализации и проверки». Для этого
необходимо рассмотреть все возможные аспекты и факторы, влияющие
на качество ТО.
Первоначальная постановка задачи бывает нечеткой, в ней плохо
может быть поставлена сама задача, которую нужно решать, в ней
может содержаться ВПИ. Поэтому необходимо задачу, сформулированную
в первоначальном виде, рассмотреть более широко, т. е. понять общую
проблему, на фоне которой возникла задача (см. рис. 11.4, б).
Если по рассматриваемой проблеме имеется прототип, то можно
провести его системный анализ, применяя морфологический подход.
Морфологический подход следует начать с анализа функций,
выполняемых ТО и рассмотрения ФПД для выполнения ФО. Это позволит в
какой-то степени избавиться от ВПИ, но при этом останется
ориентировка на создание аналогичного технического устройства. Анализ
общей проблемной ситуации, на фоне которой сформулирована
первоначальная частная задача, может привести к тому, что функцию, которую
выполнял прототип, окажется целесообразным передать другому
компоненту или в НС. Поэтому анализ проблемы целесообразно провести
в два этапа. Сначала провести функциональный анализ проблемы в
целом, а затем морфологический анализ прототипа.
11.3.1. Анализ проблемы
Анализ проблемы выполняется для получения четких
формулировок задач и определения ориентиров в поиске ресурсов для их решения.
Еще в I веке н. э. римский ритор Квинтиллиан определил семь
ключевых вопросов, на которые необходимо ответить, чтобы информа-

292
Раздел 2. Приемы и методы решения технических задач
ция о событии, явлении, процессе была полной (табл. 11.3). В таблице
эти вопросы расположены в последовательности, в которой
целесообразно проводить работу. Ответы на первые пять вопросов существенны
для анализа проблемы и постановки задачи. Они позволяют определить
для чего нужно выполнить ГПФ и в каких условиях она должна
выполняться. Ответы на 6- и 7-й вопросы относятся к процессу поиска
решения поставленной задачи.
Таблица 11.1. Семь вопросов Квинтиллиана
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Что?
Кто?
Зачем?
Где?
Когда?
Как?
Чем?
Объект
Субъект
Цель
Место
Время
Метод
Средство
Комплексный анализ ответов на первые пять вопросов позволит
перейти к следующему этапу — постановке конкретной задачи.
Сначала необходимо дать предварительное краткое описание
проблемы. Цель — на основе анализа потребностей понять и
сформулировать функции, которые необходимо выполнить. Например:
«Разработать устройство для... <потребность>», «Улучшить характеристики...
объекта для... <потребность>».
При проведении анализа проблемы необходимо добиться полного
ее понимания, поэтому важно чтобы ответы на поставленные были
согласованы.
1. Что?Описание ГПФ.
Сформулировать ГПФ, выполнение которой обеспечит
удовлетворение возникшей потребности. Для этого необходимо описать
действие, которое должно выполняться; объект, на который направлено это
действие (Что? Объект), и обстоятельства, при которых оно
выполняется в соответствии с рекомендациями, изложенными в гл. 9. Описать
дополнительные функции, которые нужны для обеспечения
качественного выполнения ГПФ.
2. Кто? Субъект. В создании ТО и его использовании участвует
несколько субъектов.
Каждый субъект, участвующий в создании конечной продукции,
создает продукцию, потребителями которой являются другие
субъекты — разработчики (см. рис. 11.4 а), и которые предъявляют к ней
определенные требования качества. Поэтому необходимо
проанализировать потребности всех субъектов (конструктора, технолога, конечного

11. Общие методические рекомендации по решению задач
293
потребителя, который будет эксплуатировать технику) и понять, каким
потребительным свойствам должна удовлетворять продукция каждого
разработчика.
Во-первых, необходимо выяснить кто ставит проблему, какую цель
он преследует, как будет использовать полученное решение, каковы его
возможности (финансовые, технические, организационные),
планируемый объем выпуска создаваемого ТО, возможности экспорта и др.
Во-вторых, кто будет осуществлять проектно-конструкторские
работы? Какие требования и ограничения (дисциплинирующие условия)
может предъявить разработчик? Наличие у разработчика специалистов
той предметной области, к которой относится создаваемый ТО;
наличие у него научной базы, методической информации,
нормативно-технической документации и др.
В-третьих, необходимо знать кто будет осуществлять производство
создаваемого ТО, его технологические возможности, требования и
ограничения на комплектующие, сложившуюся кооперацию. Какие
имеются производственные возможности по обеспечению высокого уровня
качества конечного продукта.
Этот анализ позволяет, с одной стороны, дать предварительную
оценку возможности создания продукции высокого качества и, с
другой стороны, эта информация нужна для формирования требований к
качеству продукции, создаваемой разработчиком (проектной
организацией). Кроме того, это позволит определить какие требования к
качеству проекта могут быть предъявлены изготовителем.
В-четвертых, важно знать, кто является потребителем, т. е. кто
будет заниматься эксплуатацией и обслуживанием создаваемого ТО
(например, рабочий, техник, инженер, домохозяйка).
Анализ объекта и субъекта позволит в первом приближении понять
какие требования должны предъявляться к создаваемому ТО.
3. Зачем? Цель. Необходимо сформулировать конечную цель. Зачем
нужно выполнять ГПФ, в чем заключается ее полезность. Что даст
решение поставленной проблемы всем субъектам, как будет оцениваться
эффект.
Это необходимо, с одной стороны, чтобы оценить какие затраты
допустимы для реализации ГПФ, и, с другой стороны, чтобы понять
заинтересованность всех субъектов, участвующих в создании ТО.
Это важный этап анализа проблемы. Сформулированная конечная
цель позволяет критически оценить информацию, полученную на
первых двух этапах. Необходимо проверить соответствует ли ГПФ
конечной цели, может быть следует уточнить ГПФ или конечную цель?
4. Где? Место. Установить, где и при каких условиях должна
выполняться ГПФ.
Проводится анализ условий эксплуатации ТО, например,
лабораторная установка, промышленная установка (стационарная,
передвижная, переносная), в помещении, на открытом воздухе и т. д., т. е. необ-

294
Раздел 2. Приемы и методы решения технических задач
ходимо дать пространственно -структурную характеристику
взаимодействия функций создаваемого объекта с ближайшими компонентами
НС, описать связи с компонентами НС.
Таким образом формулируются условия функционирования
создаваемого объекта (например, диапазон температур, давлений,
влажности, наличие ударных и других нагрузок и т. д.) и требования,
предъявляемые к ТО со стороны НС. Эта информация позволит определить
область поиска ресурсов для реализации ГПФ, а именно: определить
имеющиеся в НС потоки веществ и полей, возможности получения
системного эффекта за счет совместного использования этих ресурсов
(синергетический эффект) при синтезе ФПД для выполнения
физической операции, реализующей ГПФ.
5. Когда? Время. Когда должна выполняться ГПФ? Дается описание
состояния объекта, технологической операции при выполнении ГПФ,
продолжительность выполнения ГПФ. Это описание позволит
провести анализ свойств, которые проявляются в ТО и в НС в этот период
времени.
Это важно, во-первых, для проведения анализа
вещественно-полевых ресурсов, а также для поиска нежелательных эффектов и явлений,
связанных с выполнением ГПФ. Во-вторых, на этом этапе создается
база для последующей ориентировки на возможность использования
ресурсов времени для решения задачи, например, выполнить действие
заранее, в промежутках между другими действиями системы, в которую
входит создаваемый объект, и др.
6. Почему возникла проблема? Генезис.
Описать причину возникновения проблемы. Здесь необходимо
понять почему проблема возникла сегодня, почему она раньше не
возникала, а если была раньше, то почему до сих пор не разрешена. Какие
изменения произошли в НС, которые привели к возникновению
проблемы.
Понимание причин возникновения проблемы позволяет
целенаправленно использовать приемы решения задач, основанные на
принципах строения, функционирования и закономерностях развития ТС,
избежать традиционный метод проб и ошибок при поиске решений,
получить техническое решение, со значительно лучшими
технико-экономическими характеристиками, чем существующие (прототип).
11.3.2. Анализ требований к качеству продукции
Качество конечной продукции формируется на всех этапах его
создания и зависит, в первую очередь от того насколько подробно и
методически правильно проведен анализ проблемы на каждом этапе
создания изделия, какие цели были поставлены, какие методы и приемы
использовались при решении задач.

11. Общие методические рекомендации по решению задач
295
В соответствии с ИСО 8402 продукция — это результат деятельности
или процессов. Продукция может быть в двух видах: конкретном (ТО в
металле, услуги) и в абстрактном (информация, модель, методика,
комплект конструкторской или технологической документации и т. д.).
Продукция в абстрактном виде — это техническое решение, идея,
оформленная в виде определенной модели, созданной на любом этапе
разработки ТО при решении любой частной задачи. Как продукция,
потребителем которой являются исполнители следующих этапов
разработки изделия, она должна получить оценку качества. Здесь возникают
два аспекта этой проблемы, с одной стороны, необходимо оценить
техническое решение, как идею, инженерную мысль, с другой стороны,
как продукцию, у которой есть потребитель.
На каждом этапе может быть разработано множество возможных
вариантов. Поэтому возникают две задачи, во-первых, каким образом
осуществить целенаправленный поиск и, во-вторых, как обосновать
выбранное решение. Последнее обстоятельство важно особенно на
ранних этапах создания изделия, так как, например, при неудачном
выборе конструктивного (основополагающего) решения даже блестящая
конструкторско-технологическая проработка не сможет обеспечить
высокий уровень качества создаваемого ТО. Неудачно определенная схема
технологического процесса может привести к значительным
производственным затратам при низком качестве изготовляемого объекта.
Наиболее сильным критерием качества основополагающего,
принципиального решения, технической идеи является соответствие
создаваемого объекта принципам строения, функционирования и
закономерностям развития ТС. Для получения конечного продукта хорошего
качества, который будет иметь высокую потребительную стоимость
необходимо проводить маркетинговые исследования.
При разработке нового ТО проектирующей организации очевидно
нужно, во-первых, обеспечить необходимые показатели качества
важные для потребителя, чтобы продукция пользовалась спросом.
Во-вторых, обеспечить такие показатели качества своей продукции (т. е. то,
что отражено в комплекте конструкторской документации), чтобы
производителю было выгодно организовать производство планируемых
изделий. В-третьих, проектная организация должна соблюсти свой
интерес и иметь определенный эффект от планируемой разработки.
Например, перспективы выполнения проектных работ по этой тематике в
дальнейшем, возможность патентования полученных технических
решений и др.
Таким образом, необходимо иметь такую систему показателей
качества, которая позволяла бы не только производить оценку вариантов,
но и давала бы целевую установку, ориентиры при выборе решений
задач на каждом этапе.
Для конечного потребителя продукции показателями качества
являются те, которые характеризуют функциональные свойства продукции,

296
Раздел 2. Приемы и методы решения технических задач
т. е. степень выполнения ГПФ, для которой предназначена эта
продукция, например, производительность, мощность, точность выходных
функциональных параметров и т. д. Потребительные свойства
продукции определяются также: экономичностью, надежностью, экологично-
стью, транспортабельностью, габаритно-массовыми характеристиками
и т. п.
Для производителя важны требования технологичности конструкции
изделия (ТКИ). Свойства и показатели ТКИ хорошо описаны в
научной литературе и отраслевой нормативной документации.
Известно, что ТКИ зависит от конструкторско-технологических
решений, принятых при проектировании. Например, используемые
методы увязки и обеспечения взаимозаменяемости, контролепригодность,
номенклатура применяемых конструкционных материалов и ряд
других, определяют не только издержки производства (и, следовательно,
прибыль от производственной деятельности по выпуску продукции), но
и возможность получения высоких показателей качества, возможности
сертификации качества производства этой продукции.
В то же время, ТКИ во многом определяются принятым
техническим решением: синтезированным (выбранным) ФПД, ТФ и
конструктивным решением. Техническое решение существенным образом
влияет на сложность конструкторско-технологического решения и,
следовательно, на показатели ТКИ и потребительные свойства конечной
продукции в целом.
Для разработчика важно создание конкурентоспособной продукции.
Это достигается использованием в технических и
конструкторско-технологических решениях самых последних достижений науки и техники,
и созданием патентоспособной и патентно-чистой продукции. Тогда
разработчик может рассчитывать на большую прибыль от своей
разработки.
Таким образом, критерии качества продукции, получаемой на
любом этапе ее создания (проектирование — производство), а также
конечной продукции (товара) можно разделить на четыре группы.
Функциональные характеризуют уровень выполнения техническим
объектом ГПФ. От них зависит соответствие продукции требованиям
рынка. К ним можно отнести:
• функциональные свойства ТО (точность отработки параметров,
энергоемкость, герметичность и др.);
• пространственно-временные характеристики (габариты, время
срабатывания, время переходного процесса и др.);
• надежность (безотказность, долговечность, ремонтопригодность и
сохраняемость);
• возможность диагностики работы при эксплуатации;
• безопасность, экологичность и др.
Технологические свойства связаны с возможностью обеспечения
требуемого уровня качества и простотой изготовления (контролепригод-

11, Общие методические рекомендации по решению задач
297
ность, цикл изготовления, возможность автоматизации
производственных процессов и др.).
Экономические показатели определяют экономическую
целесообразность (эффективность) реализации заданных функций создаваемым ТО
(трудоемкость и стоимость изготовления, отсутствие дорогостоящих
материалов и технологических процессов, эксплуатационные затраты).
Антропологические свойства связаны с влиянием человеческого
фактора при производстве и эксплуатации ТО (влияние человека на
технический объект и наоборот).
На этапе анализа проблемы критерии качества должны быть
представлены с такой степенью обобщения, которая позволит
сформулировать ИКР. Кроме того, это важно для критического анализа
ограничений, налагаемых на возможные решения.
11.3.3. Совершенствование существующего объекта
Если при проектировании имеется прототип, что встречается часто,
то задача может быть поставлена как совершенствование
существующего ТО. Необходимо проанализировать прототип и его характеристики,
выявить НЭ (явления), которые проявляются в прототипе,
сформулировать противоречия в намечаемой технической задаче.
В прототипе заложен определенный ФПД и конструкторско-техно-
логические решения. Ориентировка на него, а также на выполняемую
физическую операцию и техническую функцию (см. разд. 5.1) создает
ВПИ. Этого можно избежать, если сначала провести анализ функций,
выполняемых прототипом (см. гл. 9), затем анализ используемых в нем
ФПД и конструктивно-схемных решений, и непременно
воспользоваться морфологическим подходом.
Улучшение ТО можно провести по различным направлениям:
1) ориентируясь на закон идеальности, используя приемы
повышения идеальности (см. рис. 7.3);
2) ориентируясь на закономерности развития ТС;
3) на основе проведенного функционального анализа прототипа
(в первую очередь, адекватность выполняемых функций);
4) используя модель многоэкранного мышления (см. рис. 7.33);
5) на основе проведенного диверсионного анализа, разработать
мероприятия по улучшению ТО.
В общем случае решение задачи по совершенствованию
существующего ТО включает следующие этапы:
• функциональный анализ прототипа;
• оценка уровня выполняемых функций;
• диверсионный анализ;
• выявление и разрешение противоречий;
• построение МТ;
• выбор и обоснование окончательного варианта.

298
Раздел 2. Приемы и методы решения технических задач
11.4. Использование программных продуктов поддержки
интеллектуальной деятельности
Средством, повышающим эффективность решения технических
задач, является программное обеспечение поддержки интеллектуальной
деятельности.
Программные продукты, поддерживающие творческую инженерную
деятельность весьма разнообразны. Их можно разделить на 3 группы:
1) специализированные предметно ориентированные базы данных,
позволяющие быстро осуществлять поиск необходимой информации;
2) экспертные системы, помогающие в поиске решения задачи и
оказывающие методическую помощь в процессе поиска решений;
3) программное обеспечение для оперативной визуализации хода и
результатов творческого процесса — это уже упомянутые карты ума
(майнд мэп, ментальные, когнитивные карты и т. п. см. п. 5.2.3, рис. 5.9).
«Под экспертной системой понимается система, объединяющая
возможности компьютера со знаниями и опытом эксперта в такой
форме, что система может предложить РАЗУМНЫЙ СОВЕТ или
осуществить РАЗУМНОЕ РЕШЕНИЕ поставленной задачи. Дополнительно
желаемой характеристикой такой системы, которая многими
рассматривается как основная, является способность системы пояснять, по
требованию, ХОД СВОИХ РАССУЖДЕНИЙ в понятной для
спрашивающего форме» [78]. Экспертная система интегрирована, как правило,
с несколькими базами данных.
Разработанные программные средства значительно отличаются друг
от друга по сложности и по объему возможностей, предоставляемых
специалисту. Некоторые программы помогают не только найти новое
решение, но и обеспечить его патентную защиту. В некоторых
программных продуктах предусмотрены обучающие блоки.
В настоящее время используется большое количество программ,
поддерживающих наиболее трудоемкие поисковые операции. Эти
программы позволяют специалисту сформировать множество технических
решений, как на уровне концепции, так и в виде вариантов
технических систем. Если специалист располагает критериями качества, то
такие программы могут сортировать решения задачи и отбирать
наилучшие по заданному критерию.
По используемым методам поиска и решения технических задач
программные продукты разделяются на программы, имеющие в своей
основе ТРИЗ, морфологический подход, мозговой штурм и некоторые
другие.
Среди программного обеспечения, базирующегося на ТРИЗ, можно
отметить следующие продукты. На основе работ Альтшуллера мастером
ТРИЗ А. И. Гасановым создан программный продукт «Тривиум» для
поддержки решения технических задач. В нем представлены ключевые

11. Общие методические рекомендации по решению задач
299
инструменты ТРИЗ: стандарты, приемы, АРИЗ-85, физические
эффекты и др. (рис. 11.5), а также набор интересных технических задач для
отработки навыков решения. Применение программы стимулирует
выработку проектных решений и обеспечивает развернутую
информационную поддержку, поскольку содержит текстовые материалы по всем
важным разделам ТРИЗ.
Рис. 11.5. Окно программы «Тривиум»
Компания «Метод» предлагает изобретающую программу «Новатор»
с предметно ориентированной базой знаний. В комплект поставки
входит программная оболочка «Новатор 4.01» и база знаний, объем и
предметную ориентацию которой предварительно определяет заказчик.
Программа «Новатор» используется для разработки концепций
принципиально новых устройств и технологий. По этой причине эту
программу можно называть инновационной или CAI (Computer Aided
Innovation) — поиск инновационных решений с помощью компьютера.
Результат работы программы «Новатор» — законченные варианты
концепции разрабатываемого устройства или технологии,
оформленные в виде стандартного исследовательского отчета.
В Интернете доступна бесплатная программа IDEA (MILLENIUM
TECHPROT) — разрешение технических противоречий). Она
базируется на сорока приемах разрешения технических противоречий,
предложенных Альтшуллером (см. приложение П14). Для работы с
программой необходимо сформулировать желаемое полезное действие и
связанный с ним НЭ (фактор расплаты), используя для этого предложенный
словарь (рис. 11.6). Программа предлагает несколько приемов
разрешения противоречия.

300
Раздел 2. Приемы и методы решения технических задач
ф;JDEA, - MILLENIUM. J J | |, | Разрешение технических rip...;-ЯИК1
Что надо изменить?
■ —~ —■ — — ■-- г- —
2 В*7Н&ч#вмж№г*.-оУь^,т.:> ■ "
'•J. ДЛИгЙ ПС^г^Н'ГО ^§fc'vJ0
■1.Л^4И.2г!^Г1'НйИ.^п№,Р;^'-ет^^
5 П^.Ц^ДЬ гхЩ^Жг^'О^сКсгМ J
шшшяШшШЦ^мншш^^^м
мшп1111 и iiNniiiini 1 тшшш
'И Н^н^^^и^е^^^^бя^мис
1?.. Ф<:,-а-я~
1 .-*:. ЪсI о^ ^е-;- :-т l •; с-л ж--з обукт ^
' 6v; ="'V."eH"'-^V''0 V^f&e^'TU
Ь ji ":; i-:^, "^"UUEV---s; f-''*v Oftb;?i:~d
^. П=:.^.ii =:t= э rej^F-f-'WMj'.'r^ i.:-'ib&!v;-3
^ =Й>- :=. -:" П''::":^.з j я-;.-^t'-^-:'-. i'sr'E'Ks^^."1".'^
'iO !,'- -*-г>
1 '^ Н-а^рД^^ени;:. ^^дае-Жй-?
t;: ч-^г,ий
!4 i I;; ;5iHCC"r=>
=-.> Bl''i~r-lH Д^ЙС? Si-^j OG^GH'^riOr^ ^rVwWM'tf
■18 toouK'HH^n> '
Выбрано NTS . -> N43
;-. •;
~"
■ ш
■ ■ ^§Г,
^!
■ :^
шж
■■*»?
ш
1
*JLi
■^
;Ш
1*3
т
■ .уз
шш
на
Щ
■ .Ж:
1 Способы разрешения ТП 1-18-28-3;
11, Принцип дробления:
1 а) разделить объект на независимые части.
I б) выполнить объект разборным.
1 в) увеличить степень дробления (измельчения]
J объекта.
118. Использование механических колебаний:
} а) привести объект в колебательное движение.
! 6} если такое движение уже совершается - увеличить
1 его частоту (вплоть доультразвуковой).
1 в) использовать резонансную частоту.
| г) применить вместо механических вибраторов
1 пьезовибраторы.
! д) использовать ультразвуковые колебания в сочетании
1 с электромагнитными полями.
128. Замена механической схемы;
J а) заменить механическую схему оптической, акустической
I или "запаховой".
1 6} использовать электрические, магнитные или
1 электромагнитные поля для взаимодействия с
! объектом.
1 в) перейти от неподвижных полей к движущимся, от
I Фиксированных - к меняющимся во времени.
133. Принцип однородности.
1 Объекты, вгаимодейсгвующие с данным объектом.
■ должны быть сделаны из того же материала или
1 близкого ему по свойствам.
' „«JiLJ JE2E2LJ
Выбирайте наиболее соответствующие смыслу задачи показатели
BblKQAj
А
Рис. 11.6. Окно программы разрешения технических противоречий
Одной из наиболее эффективных и универсальных программ,
базирующихся на ТРИЗ, является программа «Изобретающая машина»,
современный вариант которой носит название Tech Optimizer.
Система поддержки инновационной деятельности Goldfire
Innovation представляет собой интеграцию Goldfire Intelligence с пакетом Tech
Optimizer — первым продуктом Invention Machine Corp. Tech Optimizer
реализован на основе системы IM Lab, разработанной в конце 1980-х гг.
в г. Минске под руководством доктора техн. наук В. М. Цурикова. Его
методическим и информационным фундаментом служит ТРИЗ,
созданная Альтшуллером и развитая его учениками и последователями.
Главные функции Tech Optimizer — поиск, синтез и
стимулирование формирования новых решений для задач концептуального
проектирования технологий и техники.
Программный пакет Tech Optimizer состоит из семи модулей:
1) анализа продукта; 2) анализа процесса; 3) переноса свойств; 4)
эффектов; 5) принципов; 6) предсказаний; 7) интернет-помощник для
поиска и анализа информации.
Соратник Альтшуллера Б. Л. Злотин после переезда в Америку
основал фирму Ideation International Inc, которая выпустила несколько
программных продуктов для поддержки изобретательства и инновационной
деятельности. К ним относятся Problem Formulator Innovation Situation
Questionnaire, Ideator, Improver, Anticipatory Failure Determination (AFD),
Knowledge Wizard, Innovation Workbench. Софтверные системы фирмы
защищены американскими патентами.

11. Общие методические рекомендации по решению задач
301
Творческая группа «Инновация» под руководством мастера ТРИЗ
В. В. Митрофанова создала компьютерную программу под названием
«Машина открытий». По свидетельству специалистов-патентоведов
программа «Машина открытий» не имеет аналогов ни в России, ни за
рубежом и является единственным компьютерным средством помощи
при решении широкого круга научных задач для ученых, научных
сотрудников, аспирантов, студентов. Эта система полезна также для
исследователей, экспериментаторов и других творчески мыслящих людей.
На кафедре «Конструирование и технология производства
электронно-вычислительных средств» МГТУ им. Н. Э. Баумана ведется работа
по созданию программного обеспечения под текущие учебные и
инженерные задачи на основе морфологического подхода (см. рис. 10.6).
В частности, аспирант С. В. Кутаков в 2003 г. на конференции МГТУ
им. Н. Э. Баумана доложил результаты работы по созданию программы
«Морфолог». С помощью базы данных производится построение МТ
конструкций малогабаритной аппаратуры. После построения МТ
(матрицы) производится ее развертка в поле технических решений.
Программное обеспечение позволяет создавать как новые матрицы, так и
редактировать уже существующую для получения наиболее полного или
усеченного поля технических решений (рис. 11.7).
ЩОпис&ние матрицы: УЗ бортового амо... §Г
Параметры
Варианты реализации
прямая
выпуклая
наклонная
пилообразная
ступенчатая
Удалить
Просмотр вариантов
Рис. 11.7. Окно программы «Морфолог»
В компании «Метод» разработан пакет программ «Эффекты 4000».
Этот программный продукт является многоцелевой базой научных и
технических знаний. Она содержит описания более 4000 физических,
химических, биологических и системных эффектов, таблицы значений
свойств веществ и материалов, и другую полезную информацию.
Идеи, положенные в основу моделирования базы данных, изложены в
работе [27].
Создан виртуальный фонд физических эффектов «Эффективная
физика» (http://www.effects.ru), который является одним из
компонентов информационно-методического обеспечения креативной педагоги-

302
Раздел 2. Приемы и методы решения технических задач
ки. Он представляет собой учебно-методическое и справочное
средство, реализованное на основе современных Интернет-технологий.
Для проведения мозгового штурма используют программные
продукты типа Brainstorming Products, повышающие производительность
на этапах генерации идей и экспертизы проектов.
СВ. Кутаковым разработан также вариант экспертной программы,
в основе которой лежит метод анализа иерархий Т. Саати. Механизм
оценки полученных технических решений заключается в сравнении
влияния различных признаков на конструкцию малогабаритной
аппаратуры и сравнении влияния совокупности этих признаков на свойства
конструкции в целом (рис. 11.8).
КЗ Метод- анализа иерархий
ШЩШ
Файл Анализ О программе
Окно Морфологической матрицы !
Компоновочная схема \
- кассетная
- книжная ;
- веерная |
Окно матрицы приоритетов
(от 1 до 9 по значимости)
7
9
5
Рис. 11.8. Окно программы для анализа МТ
Компания «Метод» предлагает также программный продукт
«Экспертная система ЭДИСОН», который предназначен для разработки
концепций новых устройств и технологий вне зависимости от области
их применения. Кроме этого, «ЭДИСОН» можно использовать для
выявления причин отказов и аварий различных технических устройств.
Работа экспертной системы основана на обращении к базе знаний,
состоящей из более 600 физических и химических эффектов. Каждый
эффект имеет текстовое, графическое и математическое описание. Также
в базу знаний включена классификация объектов реального мира. Это
позволяет экспертной системе самой порождать новые знания для
решения конкретной технической проблемы.
В Самарской государственной архитектурно-строительной академии
создана экспертная система ЭС-ПР/1 для поддержки поиска новых
идей и принятия творческих решений [75]. Эта экспертная система
относится к классу так называемых автономных, которые работают
непосредственно в режиме консультаций с пользователем для решения спе-

11. Общие методические рекомендации по решению задач
303
цифических многокритериальных оптимизационных задач. ЭС-ПР/1
позволяет за счет повышения творческих возможностей
проектировщика найти нетрадиционные идеи создания новых ТО и направления их
дальнейшего развития, проверить полученные технические решения на
патентную чистоту.
Программное обеспечение для составления карт ума (картостроите-
ли) (см. рис. 5.9) в настоящее время очень разнообразно и
представлено следующими продуктами: Idea structuring software, Idea bubbles, Mind
Manager, MindGenius, Visimap, ConceptDraw Mind Map, Freemind,
OneNote 2003, Personal Memory Manager, The Creative Thinker, Visual
Concepts, Decision Explorer, Mind Pad.
Программы для интеллектуальной поддержки деятельности не
могут заменить творческого мышления человека. Они только помогают
ему, повышая производительность труда, активизируют мыслительные
процессы, позволяют экономить силы и время, сосредоточиться
именно на творческой составляющей процесса решения задачи. Они
рассчитаны на человека образованного, владеющего приемами и методами
решения задач.
Вопросы для самопроверки
1. В чем состоят существенные отличия обращенной исследовательской задачи от задачи
синтеза технического решения?
2. В чем заключаются особенности формулирования ПП в обращенной
исследовательской задаче и в задаче синтеза технического решения?
3. Чем отличается поиск ресурсов при решении обращенной исследовательской задачи и
задачи синтеза технического решения?
4. В чем заключается инверсия в задаче выявления НЭ в конструкциях и технологиях?
5. С какой целью при анализе проблемы нужно выяснить, где и когда должна
выполняться полезная функция?
6. С какой целью при анализе проблемы нужно выяснить, зачем должна выполняться
полезная функция?
7. С какой целью при анализе проблемы нужно выяснить почему возникла проблема?

Заключение
Технические задачи бывают самые разнообразные — от
проектирования детали и небольшого узла до большой ТС, проектирования
технологии и устранения НЭ.
При проектировании может ставиться задача совершенствования
прототипа. Например, повысить конкурентоспособность выпускаемой
продукции, обойти запатентованный способ или устройство. Эта задача
может быть сформулирована и более конкретно: снизить затраты,
повысить надежность, уменьшить массу конструкции, габариты, снизить
энергопотребление и т. д.
Часто возникает задача разработать принципиально новый ТО для
выполнения некоторой полезной функции, для которого нет
прототипа. Первоначальная постановка задачи тоже может быть различной.
Предложить определенную последовательность действий на все
случаи весьма затруднительно, да и не нужно. Авторы работы [35]
отмечают: «Ничто не тормозит прогресс, как создание процедур,
формализующих те шаги, которые прежде приводили к успеху».
Приведенные в учебном пособии рекомендации по
последовательности некоторых действий касались частных методов и применения тех
или иных моделей.
Например, в разд. 6.5 приведена схема рассуждения, помогающая в
поиске вещественно-полевых ресурсов; в подразд. 4.3.2 — методические
рекомендации по решению задач с использованием операторов синек-
тики; в разд. 8.4 — методические рекомендации по решению задач
с использованием оператора ИКР и формулирования противоречий;
в гл. 9 — по проведению функционального анализа ТО; в гл. 10 — по
использованию морфологического подхода для анализа и синтеза ТО.
Творчество инженера, решающего задачу, как раз и обеспечивается
тем, что он свободен в выборе приемов, моделей и методов. Подход к
решению той или иной задачи зависит от многих факторов: от
первоначальной формулировки задачи, осведомленности инженера в той
предметной области, к которой относится задача, особенности мышления
решающего задачу, ограничений, которые накладываются при
принятии решения и ряда других факторов.
На рис. 3.1 представлены основные аспекты, которые могут быть
приняты во внимание при выборе начального этапа и
последовательности привлечения моделей и методов, используемых в процессе поиска
решения.

Заключение
305
Превратить незнакомое '
в знакомое и знакомое
в не знакомое
Рис. 3.1. Ментальная карта возможных подходов к решению задачи
Конечно, решение любой задачи должно начинаться с
исследования проблемы. В первую очередь необходимо добиться полного ее
понимания, выяснить причины ее возникновения.
Следует обратить внимание на то, что при анализе проблемы важно
не только осмыслить требования, предъявляемые к разрабатываемому
ТО, но и понять, почему возникли эти требования, из каких
соображений, т. е. необходимо провести анализ нормативных систем.
Для человека естественно стремление использовать простые приемы
и модели для решения задач. Не нужно этому сопротивляться, это
экономит силы и часто способствует быстрому получению требуемого
результата. Если же при решении задачи возникают трудности, то
подключают более сложный аппарат.
Если проблема требует многоаспектного рассмотрения, плохо
обозрима, то целесообразно начинать ее изучение с разработки ментальной
карты.
Если предметная область хорошо известна, понятна физическая
сущность исследуемого явления, то можно начать с анализа ТС:
выделить основные, вспомогательные и дополнительные компоненты, и
связи между ними, выявить свойства, которыми обладают компоненты,
связи и также ТС в целом. И после этого приступить к поиску
ресурсов. Иногда для решения задачи целесообразно сразу попытаться найти
подходящую аналогию.

306
Заключение
Для сложных ТС полезно проведение функционального анализа.
Следует еще раз отметить, что это один из универсальных подходов при
решении задач и не только технических.
При проведении функционального анализа необходимо опираться
на принципы строения, функционирования и закономерности развития
ТС. Это позволит перейти от первоначальной, часто расплывчатой
формулировки задачи к четко поставленной задаче, решение которой
приведет к желаемому результату.
Для некоторых задач может быть целесообразно сразу
сформулировать ИКР и перейти к формулированию операционных или
предметных противоречий. Для разрешения ПП проанализировать
обоснованность выдвигаемых требований (Зачем это нужно?), которые
составляют нормативную часть предметных противоречий.
Если ставиться задача совершенствования прототипа, то иногда
рационально начать с проведения «диверсионного анализа».
Желаем творческих успехов!

Приложения
П1. Структура и виды понятий
Понятие — результат отражения в сознании человека общих свойств
группы каких-либо предметов (объектов или явлений), которые
существенны и необходимы для вьщеления этой рассматриваемой группы
[24, 99].
Под словом «предмет» в логике понимается все, что может быть
названо.
В понятии закрепляются некоторые свойства предмета и отношения
этого предмета к другим предметам. Эти свойства и отношения
называются признаками. Любое понятие характеризуется двумя свойствами:
содержанием и объемом.
Содержание понятия — мысленное отражение системы признаков,
которые характеризуют предмет, определяемый этим понятием.
Совокупность предметов, которые обобщаются в понятии,
называется объемом понятия.
Содержание и объем понятия связаны друг с другом законом
обратного отношения. При увеличении объема понятия уменьшается его
содержание и наоборот.
Анализ существенных и отличительных признаков понятий
позволяет выделить несколько видов понятий:
Классификационный признак
Объем понятия
Определяемый предмет
| Форма описания признаков предмета
Способ существования предмета или способ
мышления о нем
Виды понятий
Единичные, общие
Конкретные, абстрактные
Положительные, отрицательные
Безотносительные, соотносительные
Понятие, которое отражает некоторый предмет как нечто
самостоятельно существующее, называется конкретным, например, космический
аппарат, студент вуза.
Понятие, в котором мыслиться свойство предмета или отношения
между предметами, называется абстрактным (от лат. abstractio —
отвлечение).

308
П1. Структура и виды понятий
Абстрактные понятия образуются в результате отвлечения,
абстрагирования определенного свойства предмета от самого предмета —
носителя этого свойства. Эти свойства рассматриваются как
самостоятельные объекты мысли. Например, размер, точность размера,
электропроводность, герметичность и т. д.
Понятия, содержание которых составляют признаки, присущие
предмету, называются положительными, например, жесткость,
свариваемость, параллельность, пассивный студент, дефектная деталь.
Понятия, в содержании которых указывается на отсутствие у
предмета определенных признаков, называются отрицательными, например,
нежесткость, некруглость, непараллельность.
При отнесении понятия к положительным и отрицательным не
рассматривается эмоциональная оценка, в смысле хорошо это или плохо.
Это только форма описания признаков предмета — наличие или
отсутствие признака.
Безотносительные понятия отражают предметы, существующие
раздельно и мыслящиеся вне отношения к другим предметам, например,
стол, энергия.
В соотносительных понятиях отражаются предметы, существование
которых связано с существованием других предметов. Например,
причина и следствие, разделение и соединение, увеличение и уменьшение.
Разделение понятий на безотносительные и соотносительные важно
как для правильного их употребления, так и для введения их в
терминологию той или иной науки, — определения этих понятий.
По содержанию понятия могут быть сравнимыми либо
несравнимыми.
Сравнимыми называются понятия, имеющие некоторые общие
признаки, позволяющие сравнивать, сопоставлять их между собой.
Понятия, не имеющие общих признаков, невозможно сопоставлять между
собой, поэтому их называют несравнимыми. Например,
электропроводность и плотность материала.
Сравнимые понятия по объему делятся на совместимые (объемы
этих понятий полностью или частично совпадают) и несовместимые
(объемы не совпадают ни в одном элементе). Отношения между
понятиями для наглядности изображают с помощью кругов Эйлера, так же,
как и в теории множеств (табл. П1.1).
Равзнозначными и тождественными называются понятия, объемы
которых полностью совпадают.
Понятия, объемы которых совпадают частично, т. е. содержат
некоторые общие элементы, находятся в отношении перекрещивания.
Отношение подчинения (субординации) характеризуется тем, что
объем одного понятия целиком входит (включается) в объем другого
понятия, но не исчерпывает его.
Соподчинение (координация) — отношение между объемами двух
или нескольких понятий, исключающих друг друга, но принадлежащих
некоторому общему для них родовому понятию.

П2. Некоторые логические операции с понятиями
309
Таблица Ш. 1. Классификация сравнимых понятий
Совместимые понятия
Равнозначные
А — КА «Восток»
В — первый в мире
пилотируемый КА
0
Перекрещивающиеся
А — числа, которые делятся
на 2
В — числа, которые делятся
на 3
ш
Подчиняющиеся
и подчиненные
А — энергия
В — потенциальная энергия
©
Несовместимые понятия
Соподчиненные
А — многоугольники
В — треугольники
С — пятиугольники
©
Противоположные
А — соединения сварные
В — соединения паяные
fl
--■ —
ь
Противоречащие
А — четные числа
В — нечетные числа
6
В)
Понятия называются противоположными, если одно из них
содержит некоторые признаки, а в другом эти признаки отрицаются и
замещаются исключающими признаками. Сумма объемов двух
противоположных понятий составляет только часть объема общего для них
родового понятия.
В отношении противоречия находятся понятия, одно их которых
содержит некоторые признаки, а в другом эти признаки исключаются и
не замещаются никакими другими. Сумма объемов противоречащих
понятий равна объему общего для них родового понятия.
П2. Некоторые логические операции с понятиями
1. Обобщение и ограничение понятий. В основе этих операций лежит
закон обратного соотношения между объемом и содержанием понятия.
Обобщить понятие — значит перейти от понятия с меньшим
объемом, но большим содержанием, к понятию с большим объемом, но
меньшим содержанием.

310
Приложения
Для уменьшения содержания исходного понятия нужно исключить
некоторые признаки. Примером обобщения понятия является переход
от понятия «ракетный двигатель на жидком топливе» к понятию
«ракетный двигатель», затем к понятию «реактивный двигатель» и,
наконец, «двигатель».
Ограничение понятия представляет собой операцию обратную
обобщению. Для ограничения исходного понятия необходимо включить
дополнительные признаки. Это приведет к увеличению содержания
понятия и уменьшению его объема. При этом новое ограниченное понятие
будет иметь все признаки исходного понятия и новый введенный
признак. Например, энергия — кинетическая энергия — кинетическая
энергия поступательно движущегося тела.
При ограничении понятия на каждом этапе увеличивается число
видовых признаков понятия, в результате сокращается объем понятия.
2. Деление понятий. Логическая операция, раскрывающая объем
понятия, называется логическим делением. В операции деления
различают:
• делимое понятие, объем которого раскрывается;
• члены деления, т. е. соподчиненные виды, на которые делится
понятие;
• основание логического деления (ОЛД) — признак, по которому
производится деление.
Делимое понятие рассматривается как родовое, и его объем
разделяется на соподчиненные виды. Различают два вида логического
деления: по видоизменению признака и дихотомическое.
При делении по изменению видообразующего признака члены
деления образуются за счет качественного или количественного
изменения выбранного признака деления — ОЛД.
Например, людей можно разделить по различным признакам: по
возрасту, уровню образования, признакам пола, социальному
положению и т. д.
В качестве ОЛД могут выступать различные признаки делимого
понятия. Выбор признака зависит от цели выполняемой операции
деления. Важно, чтобы признак был объективным.
Дихотомическое деление (от греч. dicha — две части + tome —
сечение) представляет собой деление объема делимого понятия на два
противоречащих. При дихотомическом делении также выбирается ОЛД, но
членов деления только два. Один имеет этот признак, а у другого он
отсутствует. Например, летательные аппараты разделяются на
пилотируемые и беспилотные, числа — на положительные и отрицательные.
Для обеспечения четкости и полноты деления необходимо
соблюдать следующие правила.
1. Деление должно быть соразмерным, т. е. необходимо перечислять
все виды делимого понятия. При этом сумма объемов членов деления
должна быть равна объему делимого понятия.

П2. Некоторые логические операции с понятиями
311
2. Деление должно проводится только по одному основанию (ОЛД).
3. Члены деления должны исключать друг друга. Это правило
следует из предыдущего, и может использоваться для проверки
правильности выполненной операции деления.
4. Деление должно быть непрерывным, т. е. в процессе деления
родового понятия нужно переходить к ближайшим видам, не
пропуская их.
Это правило не будет нарушаться, если при делении используется
одно ОЛД.
При логическом делении понятия члены деления обладают всеми
свойствами делимого понятия и в дополнение к этому характеризуются
отличительным признаком, который определяется ОЛД.
При анализе различных объектов используется еще одна операция
деления, которая в отличие от логического деления понятия именуется
декомпозицией. Это деление объекта на составные части. Например,
можно мысленно разделить кресло на составные части: сиденье,
спинка, ножки, подлокотники.
При декомпозиции члены деления не обладают свойствами,
которые имеются у делимого объекта.
Правила логического деления понятия в определенной мере
распространяются и на декомпозицию. При декомпозиции также задается
признак деления. Например, функциональное назначение, при
расчленении самолета на составные части: фюзеляж, хвостовое оперение,
крыло, шасси, двигатель.
Декомпозицию выполняют таким образом, чтобы не было
перекрещивающихся понятий и чтобы члены деления (составные части) в
сумме составляли бы делимое понятие, т. е. должны быть перечислены все
составные части объекта.
Правила логического деления понятий лежат в основе создания
классификаций различных объектов. Классификация представляет
собой распределения объектов по группам (классам), причем каждый
класс и типовые представители в каждом классе имеют свое строго
определенное место, которое определяется выбранным ОЛД.
Целью классификации является систематизация знаний. Она
позволяет создать развернутую систему об исследуемом объекте, в которой
каждый представитель делится на новые члены, разветвляясь на
множество классов.
Всякая классификация относительна. Во-первых, потому, что
каждая разрабатывается с определенной целью. Во-вторых, с развитием
науки и техники, как правило, изменяются и классификации.
Поэтому ни к одной из них нельзя подходить как завершенной и
абсолютной.
Следует отметить, что не каждое расчленение объекта нужно
рассматривать как классификацию и, следовательно, предъявлять к нему
требования по выполнению правил логического деления понятий. На-

312
Приложения
пример, если какой-либо процесс или явление анализируется с
различных точек зрения или в различных аспектах (политическом,
экономическом, социальном, экологическом и т. д.), в этом случае нет
основания логического деления. Кроме того точек зрения, аспектов может
быть сколь угодно много.
При разработке классификаций важно правильно выбрать признак
(ОЛД), по которому будет производиться деление.
ПЗ. Некоторые положения логики категорических
высказываний
Высказывания. Связи и отношения между различными предметами
и их признаками отражаются в мышлении в форме высказываний или
суждений.
Высказывание — имеющее смысл языковое выражение или форма
мысли, в которой посредством связи понятий что-либо утверждается об
определенном предмете.
Главной функцией описательных (дескриптивных) высказываний
является описание действительности. В логике отвлекаются от
содержательной части высказывания. Поэтому описательное высказывание
рассматривается только с позиции истинно оно или ложно. Ложность
или истинность описательного высказывания определяется
соответствием действительности высказанной мысли, описанию.
В оценочных высказываниях наряду с описанием некоторого
явления дается ему оценка, т. е. устанавливается его ценность. Оценочное
высказывание не является ни истинным ни ложным.
Простые категорические высказывания. Среди описательных
высказываний в логике большую роль играют категорические высказывания.
В категорическом высказывании утверждается или отрицается наличие
какого-то признака у всех или некоторых предметов рассматриваемого
класса.
В зависимости от того, что утверждается в высказывании
(принадлежность признака предмету, отношение между предметами или факт
существования предмета) их делят на атрибутивные, высказывания об
отношениях и существования.
Атрибутивным (от лат. attributio — свойство, признак) называется
высказывание о признаке предмета.
Высказывание о связи предмета и его признака включает
следующие составляющие:
• субъект высказывания (S) — понятие о предмете высказывания;
• предикат (от лат. praedicatum — сказуемое) высказывания (Р) —
понятие о признаке предмета, рассматриваемого в высказывании;

ПЗ. Некоторые положения логики категорических высказываний
313
• связка, выражаемая словами: есть, суть, является или группой
слов, или тире, или простым согласованием слов. Обозначим ее
знаком «—»;
• квантор (от лат. quantum — сколько) — указывает относится ли
высказывание ко всему объему понятия, выражающего субъект,
или к его части; кванторные слова: все, ни один, некоторые
(обозначим его q).
Структура атрибутивного высказывания имеет вид qS — Р.
Атрибутивные высказывания позволяют описывать включение (или
исключение) единичного понятия в объем родового, или включать
(исключать) вид в род. Например, некоторые стали упрочняются
термообработкой; все топливные баки ракеты герметичны; ни один металл
не является диэлектриком.
Высказывания с отношениями. В этих высказываниях отражается
отношение между предметами. Это могут быть отношения равенства,
родства, подчинения, причинно-следственные и другие. Структура
такого высказывания включает не менее двух субъектов и имеет вид
S\ R S2,
где R — вид отношения (R — первая буква от лат. relativus —
относительный).
Например, масса космического аппарата составляет несколько
процентов массы ракетно-космической системы; двигатель внутреннего
сгорания экономичнее парового двигателя.
В высказываниях существования отражается факт существования или
не существования субъекта. Например, существует наука логика;
существует магнитное поле Земли.
Высказывания делят на сравнимые, имеющие общий субъект или
предикат, и несравнимые, — различные субъекты и предикаты.
Логический анализ сравнимых высказываний заключается в том,
чтобы понять в каких случаях они могут быть одновременно
истинными или ложными, в каких случаях истинность (ложность) одного из
них влечет к истинности (ложности) другого и в каких случаях такого
логического следования нет. Среди сравнимых различают
высказывания совместимые и несовместимые по истинности и ложности.
Логические законы категорических высказываний. Логические законы
определяют правила, по которым из одних высказываний логически
следуют другие высказывания. Логические законы объективны и не
зависят от сознания и воли человека и не являются результатом
соглашения между людьми.
Закон тождества. Необходимая логическая связь между мыслями
возможна лишь при условии, что одно и то же понятие и высказывание
будет употребляться в одном и том же смысле, в том же содержании
признаков, т. е. в процессе рассуждения каждое понятие и
высказывание должны быть тождественны самим себе. Это означает, что в про-

314
Приложения
цессе рассуждения нельзя подменять одно понятие другим, одну мысль
другой. Нарушение этого закона приводит к двусмысленности и
получению неверных выводов.
Нарушение этого закона встречается в виде подмены понятия когда
в процессе рассуждения вкладывают различное содержание в это
понятие, т. е. ему дают различное толкование.
Встречается также логическая ошибка, называемая подменой тезиса,
когда в ходе дискуссии, выдвинутый тезис подменяется оппонентом
неосознанно или умышленно.
Решая ту или иную задачу, человек в процессе рассуждений может
неосознанно подменить понятия, описанные в условии задачи, и даже
подменить саму задачу. А это значит, что решаться будет не
поставленная задача, а другая.
Закон противоречия. Два противоречащих высказывания не могут
быть одновременно истинными, т. е. высказывание и его отрицание не
могут быть вместе истинными.
Возможна и такая формулировка: из двух противоречащих
высказываний одно всегда является ложным.
Закон исключенного третьего. Из двух противоречащих
высказываний одно истинно, другое ложно, а третьего быть не может. Этот закон
предполагает четкий выбор одной из двух альтернатив. Нельзя
уклоняться от признания истинности одного из двух противоречащих друг
другу высказываний и искать нечто третье между ними.
Не бывает так, что объект обладает некоторым свойством и не
обладает этим свойством. Закон исключенного третьего связан с
дихотомией. Например, число четное либо нечетное.
Противоречивые высказывания не должны относится к
противоположным понятиям. Например, объект либо черный, либо белый. Здесь
возможны промежуточные состояния (серый).
П4. Модальные суждения
Термин «суждение» несколько отличается от термина
«высказывание». Это тоже высказывание, но наряду с признаками высказывания,
ему присуще и другие. Суждение выражает некоторую точку зрения,
может иметь эмоциональную окраску.
Термин «модальность» (от фр. modalite и от лат. modus) — мера,
образ, правило, предписание. В модальных суждениях описывается
возможность, действительность или необходимость чего-либо, в
зависимости от характера устанавливаемой в нем достоверности с
использованием таких понятий, как: «необходимо», «возможно», обязательно»,
«запрещено», и др.

П4. Модальные суждения
315
Модальное суждение — оценочное суждение, которое
состоит из двух частей: категорического высказывания и его оценки. В
отличие от категорических высказываний эти суждения не могут быть
истинными или ложными.
Из категорического высказывания можно составить модальное
суждение. Например, «Возможно, что все станки — исправны».
Из всех видов модальностей рассмотрим только три вида:
логические, физические и нормативные, которые имеют непосредственное
отношение к решению различных задач.
Логические модальные суждения описываются в
терминах: логически необходимо, случайно, возможно (невозможно).
Логически необходимо то высказывание, истинность которого может
быть установлена на чисто логических основаниях независимо от
опыта. Например, из истинности высказывания, что «Все станки —
исправны» с логической необходимостью следует истинность высказывания,
что «Некоторые станки — исправны» и ложность высказывания, что
«Некоторые станки — неисправны».
Логически необходимое суждение — такое суждение, отрицание
которого представляет собой логическое противоречие.
Логическая возможность — внутренняя непротиворечивость
высказывания. Логически возможно все, что не противоречит законам
логики. Например, если истинно высказывание, что «Некоторые станки —
исправны», истинным может быть высказывание, что «Некоторые
станки—не исправны». Поэтому можно сказать, что «Возможно, что
некоторые станки — не исправны». Это не будет противоречить первому
утверждению.
Логически невозможно то, что противоречит законам логики.
Логически невозможно чтобы были истинными, например, два таких
утверждения: «материал электропроводный» и «материал не
электропроводный».
Физические модальные суждения описываются в
терминах: физически необходимо, случайно, возможно (невозможно). Если
основанием для логической модальности являются законы логики, то
основанием для физических модальных суждений являются законы
природы. Чтобы разобраться в физических модальностях, необходимо
сопоставить содержание суждения с законами природы.
Физически необходимо то, отрицание чего нарушает законы природы.
Например, физически необходимо, что при замерзании воды
увеличивается ее объем. Это объективное свойство воды.
Физически возможным является высказывание, которое не
противоречит законам природы. Например, физически возможно организовать
колебательный процесс таким образом, чтобы колебания были
незатухающими. Это не противоречит законам природы.
Физически невозможным является высказывание, которое
противоречит законам природы. Например, физически невозможно, чтобы лю-

316
Приложения
бой преобразователь энергии имел КПД, равный единице. Это
противоречит законам физики — любое преобразование энергии будет
сопровождаться ее рассеиванием и, следовательно, КПД будет меньше
единицы.
Нормативная модальность — суждение, в котором
устанавливается какая-либо норма. В нормативных модальных суждениях
могут употребляться слова: должен, может, позволено, не должен,
необходимо, запрещено, нормативно безразлично и др. К нормативным
суждениям относятся: правила (игры, грамматики, поведения и т. д.),
предписания (законы государства, команды и т. д.), технические
нормы, в которых указывается, что должно быть сделано для достижения
определенного результата.
Если логическая и физическая модальности играют важную роль в
теоретической деятельности, то нормативная — в практической
деятельности.
Нормативная необходимость — это обязанность, в ней часто
употребляется слово «должен». Например, «Прибор должен обеспечивать
погрешность измерения не более 10 %».
Нормативная возможность — это то, что разрешено. Например,
допускается увеличение погрешности измерения при повышении
температуры свыше 50 °С.
Нормативно запрещено, например, не допускается эксплуатация
прибора при низких температурах.
К законам логики норм относятся, в частности, следующие
положения:
• никакое действие не может быть одновременно и обязательным и
запрещенным;
• невозможно, чтобы какое-либо действие было обязательным и
безразличным;
• никакое действие не может быть вместе и запрещенным и
безразличным.
Физически возможно лишь то, что возможно логически, а
нормативно возможно лишь то, что возможно физически и возможно
логически.
Разные системы норм могут не согласовываться друг с другом,
т. е. действие, обязательное в одной системе, может быть
безразличным или запрещенным в другой. Например, обязательные нормы
морали могут быть безразличны по отношению к нормам права. В
технологии обработки требования по повышению производительности
труда часто не согласуются с требованиями по повышению качества
продукции.
При решении технических задач приходится учитывать различные
нормативные системы, которые формируют определенные требования
к ТО, например, экономические, эксплуатационные, конструкторские,
технологические, экологические и др.

П4. Модальные суждения
317
Различные нормативные системы отражают различные ценностные
ориентации. Они являются источником конфликтующих требований,
предъявляемых к тем или иным объектам.
Нормативные суждения можно представить в виде следующей
структуры.
<Субъект суждения (S)> должен иметь (нормативная модальность)
<предикат (свойство, Р)> для того, чтобы <описание нормативной
системы (NC)>;
суждение 1: Одолжен иметь Р\ для того, чтобы NC\, (1)
суждение 2: Одолжен иметь Р2 для того, чтобы JVC^. (2)
В нормативных суждениях (1) и (2) несовместимость требований,
предъявляемых к свойствам субъекта суждения, которые определяются
различными нормативными системами (NC\ и NC2), может
проявляться в форме логического или физического противоречия.
Логическое противоречие: в рассматриваемых суждениях один и тот
же субъект (S), а предикаты Pi и Р^ являются противоположными или
противоречащими понятиями. Например, адгезия — плохая и хорошая;
подача (при обработке резанием) — большая и маленькая; площадь
крыла — большая и маленькая, посадка — с зазором и с натягом,
цвет — красный и зеленый и т. д.
В этом случае категорические части суждения несовместимы, т. е.
находятся в логическом противоречии. Эта несовместимость имеет
логическое основание.
Физическое противоречие: свойства Р\ и Р2 являются несравнимыми
понятиями и характеризуют различные качественные стороны предмета
суждения S, которые не могут быть одновременно реализованы в
объекте, так как это противоречит законам природы, т. е. требования,
которые предъявляются к субъекту суждения, несовместимы по
физическому основанию (см. пример 8.9). С позиции формальной логики
такие суждения не являются сравнимыми, так как в них разные
несравнимые предикаты.
В качестве нормативных систем могут выступать либо различные
цели, которые ставит перед собой инженер, либо научное обоснование
явления, которое наблюдается в анализируемом объекте, т. е. оно
обусловлено проявлением объективных законов природы. Например, в
одном суждении предъявляются требования к предмету, исходя из
некоторой цели, но эти требования не могут быть удовлетворены из-за
действия законов природы.
Действие, которое вменяется в обязанность, должно быть логически
и физически возможным, поскольку невозможно сделать то, что
противоречит законам логики и природы.
Несовместимость нормативных суждений обнаруживается в
формулировках различных задач. Например, в ТО необходимо реализовать

318
Приложения
некоторое свойство, но этому мешают объективные законы природы
(физическое основание). Или реализация этого свойства приводит к
проявлению другого нежелательного свойства, а это не допустимо из
других соображений (другая нормативная система).
П5. Некоторые типовые операции мышления
Индукция и дедукция. В широком смысле это умозаключения, т. е.
логические операции, в которых из одного или нескольких принятых
утверждений — посылок получается новое утверждение — заключение,
вывод, следствие [99]. В зависимости от существования между
посылками и следствием связи логического следования выделяют
дедуктивные и индуктивные рассуждения (умозаключения).
Дедукция (от лат. deductio — выведение) — умозаключение, в
котором связь между посьшками и следствием опирается на логические
правила. Поэтому заключение с логической необходимостью следует из
принятых посылок. И если посылки истины, то истинным будет и
вывод, заключение.
Индукция (от лат. inductio — наведение) — логическое
умозаключение, основанное на обобщении частной информации об устойчивой
повторяемости признаков ряда явлений. Эта операция позволяет
перейти от отдельных фактов и положений частного характера к общему
знанию.
В индуктивных умозаключениях истинность посылок еще не
означает истинности заключения.
Абстрагирование. Этот метод научного исследования заключается в
отвлечении от несущественных сторон и признаков рассматриваемого
объекта.
Различают три вида абстракции.
Изолирующая абстракция заключается в отвлечении от
несущественных для рассматриваемой задачи сторон и признаков рассматриваемого
объекта (процесса, явления) и концентрации внимания на
существенных признаках.
Идеализирующая абстракция заключается в замещении реального
объекта некоторым идеальным объектом, моделью для упрощения
процесса его изучения, лучшего понимания процессов и явлений,
происходящих в реальном объекте. Например, в физике вводятся такие
идеализирующие абстракции: абсолютно черное тело, нерастяжимая нить,
материальная точка, идеальный газ и др.; в математике — точка, прямая,
плоскость и др.
Человек мыслит, оперируя категориями созданных им идеальных
понятий. Эффективность и достоверность применения этих категорий

П5. Некоторые типовые операции мышления
319
при анализе реальных объектов проверены практикой, научной и
технической деятельностью человека.
Обобщающая абстракция представляет собой логическую операцию
обобщения над понятиями. Обобщающая абстракция применяется для
получения общего представления о различных процессах и явлениях.
Анализ и синтез. Анализ (от греч. analysis — разложение,
расчленение) — процедура разложения объекта (процесса, явления) на
составные части.
Анализ предусматривает выделение составных частей —
компонентов — в рассматриваемом объекте, изучение существенных свойств этих
компонентов и связей между ними.
Анализ объекта можно проводить в двух аспектах.
1. Расчленение объекта на составные части, — операция
декомпозиции. При этом выявляется структура (от лат. struktura—
взаиморасположение, строение), т. е. состав и взаимосвязь составных частей
рассматриваемого объекта. Например, грузовой автомобиль по
функциональному признаку можно расчленить на кабину, кузов, двигатель,
трансмиссию и т. д.; треугольник рассматривать как совокупность трех
отрезков и углов между ними.
2. Расчленение свойств и отношений объекта на простые свойства и
отношения. Здесь используется операция изолирующей абстракции.
При этом внимание концентрируется на определенных свойствах и
отношениях, а от других отвлекаются. Затем анализу подвергаются другие
свойства и отношения.
Синтез (от греч. synthesis — соединение, сочетание, составление) —
метод научного исследования, состоящий в познании
рассматриваемого объекта как единого целого, в единстве и взаимной связи его
частей. В результате объединения компонентов в единое целое
формируется объект, который обладает новыми свойствами, отличными от
свойств, имеющимися у компонентов, так называемый синергетическии
эффект.
Синтез, с одной стороны, является методом познания и, с другой
стороны, это метод практической деятельности. Синтезом, как методом
практической деятельности, можно охарактеризовать такие процессы,
как проектирование, конструирование. Ведь в результате этой
деятельности человек из некоторых составных частей создает новый объект с
требуемыми полезными свойствами.
Синтез — прием, противоположный анализу. И вместе с тем, оба
метода предполагают и дополняют друг друга. Без анализа нет синтеза,
без синтеза — анализа.
Моделирование. В широком смысле модель — это любой образ
мысленный или предметный, замещающий рассматривающий объект при
его изучении. Объектом моделирования может быть как
проектируемый объект, так и сама задача. Любая модель отображает не все
свойства объекта, а только существенные для рассматриваемой задачи.

320
Приложения
Как средство описания объектов модели можно охарактеризовать
следующим набором свойств:
1) степень универсальности — характеризует объем процессов и
явлений, которые могут быть описаны моделью;
2) точность — степень соответствия значений параметров,
рассчитанных с помощью модели, значениям параметров реального процесса.
Количественно эту степень соответствия определяют через
погрешность параметра, как разность между действительным значением
параметра и значением этого параметра, полученным с помощью модели;
3) адекватность (от лат. adaequatus — приравненный, равный,
тождественный) — способность отображать заданные свойства объектов с
погрешностью не выше заданной;
4) размерность — для структурных моделей характеризуется
количеством компонентов и связей между ними;
5) экономичность — характеризуется затратами на подготовку
исходных данных и вычислительных ресурсов (машинного времени,
памяти) для ее реализации, а для физической модели — затратами за ее
создание и получения с нее результатов;
6) обозримость — характеризуется наглядностью и удобством
представления модели для ее анализа.
Пб. Терминология, применяемая в системном
анализе
Многообразие определений понятий систем, приводимых в
литературе, объясняется, видимо тем, что каждый исследователь стремится
наиболее полно раскрыть в определении особенности и свойства
систем, которые рассматривает в своей предметной области. Это приводит
к тому, что иногда в определении системы присутствуют требования,
предъявляемые к системам той или иной предметной области,
некоторые их свойства.
Определение понятий имеет большое значение в теоретической и
практической деятельности. В них в сжатом виде выражены знания о
различных объектах. Однако никакое определение не может дать
исчерпывающих сведений обо всех свойствах определяемого объекта и его
взаимоотношениях с другими объектами. Определение должно быть
достаточным для того, чтобы человек мог использовать то или иное
понятие для выражения мыслей. Определения даются для того, чтобы в
рассуждениях понятия использовались в одном и том же смысле, и при
общении люди понимали друг друга.
Например, в работе [35] написано: «Системой называют то, что
обладает способностью к самоорганизации и самообеспечению, т. е. к
сопротивлению окружающей среде: то, что функционирует как единое

П6. Терминология, применяемая в системном анализе
321
целое благодаря взаимодействию своих составляющих. Прекрасный
пример системы — человеческий организм».
И далее (на стр. 22): «Система — это некое целое, которое
поддерживает свое существование и выполняет определенные функции
благодаря взаимодействию между его частями».
В этих определениях дают определение системы, а подразумевают
при этом биологические системы. Здесь присутствует логическая
ошибка — определяющее понятие по объему меньше определяемого.
В работе [9] приводится следующее определение: «Системой будем
называть некоторое множество взаимосвязанных элементов,
обладающих свойствами, не сводящимися к свойствам отдельных элементов».
По сути здесь идет речь о синергетическом эффекте, о том, что при
объединении элементов в единое целое, т. е. при организации связей
между элементами появляются новые системные свойства. Таким
образом, из этого определения следует, что если синергетический
эффект есть, то это система, если нет, то это не система. Такое
определение вносит субъективный фактор при оценки объекта. Если один
человек увидел новые системные свойства, он будет утверждать, что
это система. А другой не увидел, и будет утверждать, что это не
система.
Если между хотя бы двумя элементами образовалась связь, то
следует ожидать появление синергетического эффекта. Следовательно, его
нужно искать. Тут нужна активная позиция. А приведенное
определение способствует формированию пассивной позиции: «Не вижу
системного свойства, — следовательно это не система».
В работе [29] утверждается: «Техническую систему можно
определить как искусственно созданное материальное единство
взаимосвязанных элементов, имеющее целью своего функционирования
удовлетворение некоторой потребности окружения (общества или окружающих
технических систем). Цель создания и функционирования ТС назовем
главной полезной функцией системы (ГПФ)».
В этом определении ТС наделяется целью. Цель может быть у
человека, а у ТС — функция. Кроме того, это определение по форме
родовидовое. А ближайшим родом для понятия «техническая система»
является не «единство взаимосвязанных элементов», а более общее понятие
«система», т. е. ближайший род указан не верно.
В работе [120]: «Необходимым условием принципиальной
жизнеспособности технической системы является наличие и минимальная
работоспособность основных частей системы.
Каждая ТС должна включать четыре части: двигатель (Дв),
трансмиссию (Тр), рабочий орган (РО) и орган управления (ОУ). Для
синтеза ТС необходимо наличие этих четырех частей и их минимальная
пригодность к выполнению функций системы. Если хотя бы одна часть
отсутствует, то это еще не ТС, а если хотя бы одна не работоспособна, то
ТС не "выживет"...

322
Приложения
Например, мотыга и человек — это не ТС».
Человек не является элементом ТС. В соответствии с приведенным
определением и мотыга — это тоже не ТС. Отсюда следует, что к
мотыге не применим системный подход? Мотыга не «жизнеспособна»?
В той же работе на стр. 64:
«4.3.2. Критерий определения технических систем среди других
технических объектов.
Итак, ТС появляется, как только технический объект приобретает
способность выполнять ГПФ без человека, т. е. когда к рабочему
органу, вместо человека «пристраиваются», трансмиссия и двигатель.
Причем двигатель не следует путать с источником энергии (они совпадают,
но не всегда), энергия может поступать извне (в том числе от
человека), в двигателе она преобразуется в нужный для ТС вид.
Знание закона позволяет безошибочно определить является ли
данная совокупность элементов технической системой. Например, лук —
это ТС, так как здесь имеются в наличии РО (стрела), Тр* (тетива), Дв
(натянутая тетива и согнутая дуга), а человек — источник энергии и
орган управления. Заметьте, что один из элементов (тетива) выполняет
двойную функцию (Тр и Дв) эта особенность (совмещение функций)
часто встречается на первом этапе развертывания ТС (превращения в
сложную систему) и на этапе свертывания ТС (далеко отстоящем от
начала этапа «упрощения» системы путем замены подсистем и самой ТС
"умным" веществом)».
Из последней фразы следует, что человек стал частью ТС —
органом управления? Иначе лук не будет ТС.
Образование связей между компонентами приводит к появлению
системных свойств. Отсутствие некоторых основных элементов ПЭ,
Тр, ОУ не является основанием не рассматривать технический объект
как ТС.
П7. Мозговой штурм: виды и методика проведения
Автором мозгового штурма является А. Осборн (США). В 30-е г.
XIX в. он руководил фирмой и в процессе работы отметил, что у
большинства людей презентация своих идей вызывает значительное
затруднение из-за опасения быть подвергнутыми критике. Особенно трудно
приходится специалистам, работающим на стыках различных наук, так
как вторжение новых идей в смежную область часто вызывает
неприятие и критику работающих в ней профессионалов. Поэтому Осборн
решил исследовать, какие условия будут наиболее благоприятными для
творческой работы. Результаты он опубликовал в 1953 г. в книге
«Управляемое воображение» [128].

П7. Мозговой штурм: виды и методика проведения
323
Осборн счел целесообразным разнести во времени фазу
высказывания идей (генерацию) и фазу критического осмысления, экспертизы
(критику) предложенных идей. Он также предложил ряд правил:
• запрет критики — на этапе генерации категорически запрещено
критиковать любые, даже самые абсурдные на первый взгляд,
идеи;
• запрет обоснования — не обязательно и даже нежелательно давать
обоснование высказываемым предложениям, как своим, так и
чужим;
• поддержка и поощрение — обязательным является поддержка,
развитие и одобрение любых, даже нереальных идей;
• наличие дилетанта — на фазе генерации необходимо участие
неспециалистов, обладающих креативным мышлением.
После окончания фазы генерации все выработанные идеи по
поводу решения проблемы критикуются, подвергаются экспертизе для того,
чтобы адаптировать их для решения и выработать возможные пути их
практической реализации.
Генерацию и экспертизу можно проводить одной группой, но с
разрывом во времени, а можно двумя разными группами. Оптимальное
число участников в группе от 6 до 12 человек. Фаза генерации может
занять по времени от 20 до 40 мин.
При выборе участника для группы генераторов учитывают, что это
должен быть человек, отличающийся хорошими творческими
способностями, быстротой мышления, легкостью включения в новые
ситуации, гибкостью, способностью переключать внимание с одного аспекта
деятельности на другой, расширенным полем ориентировки.
В качестве эксперта нужен человек, отличающийся хорошими
творческими способностями, выдержкой, умением распределять свои силы
на длительный срок. Он должен уметь осознано выдвигать
предложения, развивающие и конкретизирующие имеющиеся идеи. Этап
анализа протекает в течение длительного времени, иногда несколько дней.
Эксперты выявляют рациональное зерно в каждой идее, исследуют
наличные ресурсы, классифицируют решения по уровням и
направлениям и предлагают пути реализации.
Осборн особо выделил роль ведущего мозговой штурм. Он
предлагал выдвигать на эту роль лиц, обладающих высокой творческой
активностью в сочетании с доброжелательностью по отношению к идеям,
высказанным другими людьми.
Мозговой штурм применяют для поиска оригинальных решений,
новых применений существующих объектов, а также для выявления
недостатков и нахождения способов их преодоления. Его полезно
использовать при отсутствии внятной стратегии подхода к проблеме по
принципу «если не знаешь, что делать, делай хоть что-нибудь».

324
Приложения
При проведении мозгового штурма одну и ту же проблему можно
дать в разных формулировках [65]:
• в том виде, как она дана (ПКД);
• в виде проблемы-аналога (например, из иной области техники);
• в обобщенном виде;
• на уровне физических взаимодействий элементов системы;
• инверсное (обратное) формулирование проблемы.
К настоящему времени сформировалось несколько разновидностей
и вариаций мозгового штурма.
Метод Делъфи. Прямые дискуссии заменяются индивидуальными
опросами по определенной программе. Вопросы формулируются так,
что ответы должны быть даны в количественной форме. Собранные
ответы обрабатывают и рассылают экспертам для уточнений. И так
несколько раз (обычно достаточно трех циклов).
Обратный мозговой штурм. Используется для выявления
недостатков объекта, ограничений, дефектов, противоречий. Продумывается
задача вывести из строя исследуемый объект, а затем найденные
недостатки устраняют.
Конференция идей. Это совещание, предназначенное для сбора идей
определенной тематики.
Метод «635». Данный метод предполагает определенный порядок
работы экспертной команды: в группу входят 6 человек, каждый из которых
должен вьщвинуть 3 предложения или высказать 3 гипотезы в течение 5
минут по поводу некоторого аспекта решаемой задачи или анализируемой
ситуации. Идеи каждого эксперта заносятся в специальные формуляры,
которые передаются по кругу. После того как будут рассмотрены все
аспекты поставленной задачи и все эксперты получат возможность
высказаться, происходит обсуждение, оценка решений и выбор наилучшего.
Метод суда. Метод представляет собой одну из разновидностей
деловых игр. Обсуждение поставленной задачи реализуется в виде
судебного процесса: моделируется процесс над проблемой. Выбираются
адвокат, прокурор, суд, присяжные и другие участники процесса.
Корабельный совет. Правила проведения этого совещания
следующие:
• высказываться по проблеме должны все;
• порядок и очередность выступлений устанавливает капитан — от
юнги к капитану, от младшего к старшему;
• вопросы задает только капитан;
• все участники совещания должны критиковать, а затем и защищать
идеи отобранные капитаном, в том числе и свои собственные;
• итоги работы совета подводит капитан.
Метод консилиума. Участники исследуют проблему подобно тому,
как врачи обследуют пациента: определяются «симптомы» проявления
проблемы, вскрываются причины возникновения проблемы,
производится анализ, ставится «диагноз» и дается прогноз развития ситуации.

П7. Мозговой штурм: виды и методика проведения
325
Метод индивидуального блокнота. Приведем пример проведения
такого мозгового штурма со студентами (10—15 человек).
Пример. Студентам была предложена техническая задача.
Необходимо просверлить несколько отверстий в тонкой хрупкой
(керамической, стеклянной, слюдяной и т. п.) пластине. В процессе сверления
возможны сколы материала пластины на выходе сверла с обратной
стороны. Как осуществить эту операцию?
Студенты записывали свои идеи самостоятельно на специальных
карточках в течение 10 мин. Затем они по очереди зачитывали их вслух.
Те, кто слушал, записывали на своих карточках мысли, появившиеся
или развившиеся под влиянием услышанных предложений. После
этого каждый докладывал из своего перечня одну идею, на его взгляд,
самую удачную.
За небольшое время студентами были выдвинуты следующие идеи:
1) сверлить снизу, чтобы вес материала компенсировал нагрузку;
2) сверлить сначала сверлом маленького диаметра, потом
расширять отверстие изнутри специальным сверлом;
3) сверлить с двух сторон поочередно;
4) увеличить локальную прочность материала (заморозить);
5) увеличить локальную пластичность материала (нагреть);
6) сделать сверло, которое вытягивает материал (пылесос, штопор);
7) сверлить сразу пакет пластин;
8) добавить сверлу ультразвуковые колебания;
9) уменьшить подачу сверла при приближении к краю;
10) сверлить блоком из нескольких сверл маленького диаметра
расположенных по окружности;
11) подложку под пластину сделать из крошки, клея, жидкости,
трубки;
12) нагреть сверло;
13) сделать полое сверло;
14) выполнить зенковку с обратной стороны;
15) изгибать пластину для компенсации напряжений;
16) изменить установку сверла, сделав ее упругой;
17) создать центробежную силу для компенсации напряжений;
18) создать повышенное давление воздуха с обратной стороны.
В целом, занятие прошло успешно, было много интересных
предложений и участники убедились на практике в возможностях метода.
Существующие решения. Просверлить хрупкий материал без сколов
на выходе сверла можно, подложив доску. Несколько отверстий
просверлить можно, но при массовом сверлении досок не напасешься и нет
гарантии, что сверло не попадет в уже имеющуюся на доске лунку.
Е. А. Коржавин изобрел оригинальное устройство (а. с. № 1604549) для
базирования деталей из хрупких материалов при сверлении. Вместо
деревянной доски на столе сверлильного станка установлена опора в виде
щетки с упругой стальной щетиной, обращенной навстречу сверлу. На
выходе сверла щетина раздвигается, пропуская сверло, но препятствует
образованию скола в пластине. При извлечении сверла из отверстия
упругие элементы смыкаются и готовы к следующему сверлению.

326
Приложения
Методические рекомендации, разработанные для проведения
мозгового штурма, могут использоваться и при индивидуальной работе.
Например, правило 24, согласно которому все новые идеи по мере
возникновения в течение суток (в какое бы время они не появились)
должны быть обязательно и как можно быстрее зафиксированы
(записаны в блокнот, на диктофон), так как иначе они вскоре могут быть
забыты «под давлением» других идей.
Записи необходимо просматривать каждый день в определенное
выделенное для этого время. Зафиксированные идеи следует развивать,
дополнять, совершенствовать. Для этого надо просматривать источники
информации, относящиеся к прорабатываемому решению и
продолжать доводить до реализации наиболее ценные идеи. Новые идеи,
появляющиеся при этом, также нужно фиксировать. В случае
необходимости можно выстроить иерархию идей по важности, привлечь к работе
коллег и т. п.
П8. Материалы к символической аналогии
В табл. П8.1 приведены общие закономерности метафоризации
значений признаковых слов.
Таблица П8.1. Закономерности и примеры метафоризации значений признаковых слов
Откуда берется признак
Физические признаки
предметов
Признаки и действия
человека, животного
Характеристика
предмета
Признаки природных
(живых и неживых)
объектов
На какой объект переносится
Переносятся на человека
Переносятся на явления
природы
Преобразуется в характеристику
отвлеченного понятия
Переносятся на человека
Примеры
Жесткий руководитель, мягкий
начальник, блестящий
мыслитель, горький пьяница
Ветер завывает, небо плачет,
солнышко играет, улыбается
Пустые слова, глубокая мысль,
блестящая идея
Ветреный человек, темная
личность, зеленый специалист,
пшеничные волосы, собачья
верность
Для превращения незнакомого в знакомое можно воспользоваться
известными метафорами. Например, Дж. Лакофф приводит в своей
книге [66] метафоры, помогающие более полно раскрыть творческие
идеи. Ключевой характер приводимых метафор закреплен в языке и в
сознании, что подтверждается типичными выражениями.
Идеи — это пища (вариться в идее, пища для размышлений,
брожение умов, законсервировать исследования).
Идеи — это люди (быть отцом современной теории, дитя ума, идеи
давно погибли, вдохнуть новую жизнь в старую идею).

П8. Материалы к символической аналогии
327
Идеи — это растения (идея принесла плоды, расцвет мысли,
посеять зерна великих идей, бесплодные идеи).
Идеи — это изделия (отшлифовать идею, производить идеи,
заточить мысль под проблему, сгладить острые углы идеи).
Идеи — это товар (как подать мысль, продать идею, идея не имеет
ценности или ценная идея).
Идеи — это ресурсы (идеи кончились, полезная идея, использовать
свою идею, объединить идеи).
Идеи — это деньги (быть богатым идеями, кладезь ума, подкинуть
идею).
Идеи — это режущие инструменты (проницательный ум, идея
попала в точку, острый ум, пронзила мысль, как обухом по голове).
Идеи — это мода (устаревшая идея, шикарная мысль, старомодные
представления, популярные идеи).
Идеи — это источник света (вспыхнула идея, озарила мысль,
блестящая идея, осветить проблему).
Для конструирования оксюморона можно использовать следующую
методику [123].
1. Выбрать объект (ключевое понятие), дать ему краткую
характеристику.
2. Определить его существенные признаки (в их число могут входить
и функция объекта, и его принцип действия), записать их в столбик.
3. Подобрать к существенным признакам антонимы — понятия,
противоположные по смыслу.
4. Подобрать антонимы, которые дают парадоксальную
конструкцию с самим выбранным понятием.
5. Из полученного списка противоположных по смыслу пар выбрать
те сочетания, которые дают красивое парадоксальное определение
выбранного понятия.
Методом перебора вариантов создать несколько сочетаний
существенных признаков и антонимов, подобрать объекты, которые
определяются такими сочетаниями. Используя цепочку ассоциаций, подобрать к
выбранному понятию, его существенным признакам и их антонимам
несколько ярких метафор.
Пример формирования оксюморона для понятия ультразвук:
Существенные признаки
Среда быстро передает колебания на
расстояние
Неслышимый
Заставляет колебаться объекты
Вызывает эрозию поверхности
Отражается от препятствий
Антонимы
Среда не передает колебания
Слышимый
Гасит колебания объектов
Выравнивает углубления на поверхности
деталей, наращивает
Проходит сквозь препятствия

328
Приложения
Возможные сочетания: стоячий или локальный ультразвук,
слышимый ультразвук, гасящий колебания ультразвук, ультразвуковое
наращивание, ультразвуковое просвечивание, бесшумный шум. Эти
сочетания могут навести на идеи новых ультразвуковых технологий.
П9. Краткая методика работы У. Гордона с творческой группой
Книга Уильяма Гордона «Синектика: Развитие творческой
способности» [127] в России не издавалась. В нашей стране она известна по
реферированному переводу И. Г. Кайкова сделанному в 1989 г.
Синектические исследования автор основывает на следующих
предположениях:
1) творческие процессы в человеке могут быть познаны;
2) изобретения в науке и искусстве аналогичны и характеризуются
теми же самыми фундаментальными психическими процессами;
3) процесс индивидуального творчества аналогичен процессу
группового творчества.
Синектическая группа формируется из людей различных
специальностей и имеет более высокие возможности для решения проблем.
Наиболее важным и наиболее недооцениваемым аспектом синекти-
ческой деятельности автор считает моделирование полученного решения
проблемы, эксперимент, «имеющий грязные руки». Без прагматического
критерия «Это работает?» невозможна синектическая деятельность.
Второй критерий эффективности синектики — это повторяемость,
воспроизводимость механизмов решения.
Синектический процесс включает в себя:
1) превращение незнакомого в знакомое;
2) превращение знакомого в не знакомое.
Если использовать только процесс превращения незнакомого в
знакомое, то это может привести к множеству поверхностных решений.
Важнее новый подход, свежая точка зрения на проблему. Главное в
том, чтобы рассмотреть проблему новым способом. Делать знакомое не
знакомым — сознательная попытка достигнуть нового взгляда на мир,
людей, идеи и проблемы. В синектике определены четыре механизма
для превращения знакомого в не знакомое, каждое метафорично по
характеру: личная аналогия, прямая аналогия, символическая аналогия,
фантастическая аналогия.
Образование синектической группы включает три фазы: выбор
персонала, тренировка группы, реорганизация группы.
Выбор в кандидаты синектической группы осуществляется по
следующим критериям:
1) представительство. Основная работа кандидатов должна отражать
операции компании вообще, т. е. все стороны деятельности;

П9. Краткая методика работы А. Гордона с творческой группой
329
2) энергетический уровень. Подбираются деятельные натуры, а
человека, который жалуется на невезучесть привлекать не следует;
3) возрастные требования. Кандидаты должны быть в возрасте от 25
до 40 лет;
4) коммуникабельность;
5) предпринимательство. Для того, чтобы группа принесла
компании экономические достижения, она не должна сдерживаться
компанией. Группа должна чувствовать независимость от компании и
все-таки быть связанной с ней. Члены группы должны чувствовать
ответственность за успех и неудачу;
6) основная работа. Идеально, если выбранные люди были бы с
различными специальностями. Разнообразие опыта внутри компании
позволяет в различных аспектах рассматривать проблемы;
7) образование. Способность к использованию аналогий и метафор
увеличивается, если синектор имеет не только глубокие знания в своей
предметной области, но и широкий кругозор в смежных областях;
8) «почти» личность. Иногда при отборе кандидатов встречаются
люди, у которых есть все данные. Этот тип личности, если он
соответствует критериям конечного выбора, весьма желателен.
Осборн считал, что наиболее действенный механизм преодоления
банальности, — это метафоры, аналогии, относящиеся к данной
проблеме.
Фазы синектического процесса:
1) проблема как она дана. Это может оказаться точным описанием
состояния дел, а может скрывать и искажать суть вопроса;
2) превращение незнакомого в знакомое. Анализ проблемы каждым
членом группы после превращения незнакомого в знакомое откроет
элементы ранее не открытые; функции и недостатки традиционных
способов и систем;
3) проблема как она понята. Данная фаза заключается в том, что
каждый член группы обдумывает и систематизирует проблему как она
дана и формирует множество точек зрения на проблему в рамках своей
компетенции;
4) оперативные механизмы. Они предполагают использование
аналогий и метафор, которые родственны проблеме как понятой, или
вызваны ею. Эти механизмы раскрывают проблему как понятую;
5) сделать знакомое не знакомым. Это позволяет каждому члену
группы рассмотреть проблему с новой точки зрения, как чужую, в
новой форме;
6) психологическое состояние. Оно подразумевает особое
состояние ума по отношению к проблеме как она понята, размышление
над ней;
7) состояние объединения с проблемой. В этом состоянии самая
подходящая аналогия сравнивается с проблемой как понятой.
Проблема как понятая освобождается от своей старой жесткой формы;

330
Приложения
8) точка зрения. На этой фазе осуществляется переход от аналогии к
конкретному решению, идее;
9) решение или научно-исследовательская цель. Данная фаза
предполагает доведение до практического испытания найденного принципа
или продолжение научных исследований.
П10. Материалы к вепольному анализу
Г. С. Альтшуллер [4] использует термин «вещество» в широком
смысле: «В вепольном анализе (т. е. анализе вещественно-полевых
структур при синтезе и преобразовании технических систем) под
"веществом" понимают не только вещество, но и технические системы и
их части, а иногда и внешнюю среду».
«Термин "поле" имеет различный смысл. В физике под полями
понимают такие физические явления, как гравитация, электромагнитные
взаимодействия, ядерные взаимодействия. В математике, сельском
хозяйстве, геологии, общественной жизни слово "поле" имеет другой
смысл. Понятие поля в ТРИЗ ближе всего к физическому, но имеет свои
отличительные особенности. Под полем в "техническом" смысле мы
будем понимать взаимодействие между объектами (веществами). ...» [3].
Альтшуллер предложил использовать вещественно-полевой анализ
как методический прием поиска ресурсов и разрешения противоречий
в технических задачах.
В работе [9] утверждается, что «...веполь является минимальной
моделью технической системы...», а чуть ниже отмечается, что вепольная
запись это «модель задачи».
Однако Альтшуллер не сформулировал четких правил
формирования вепольных моделей, а дал только некоторые рекомендации.
Поэтому для одного и того же ТО можно составить несколько моделей.
В рассуждениях Альтшуллера вепольные структурные модели чаще
трактуются как модель ТС. Описание связей между веществами и
полями дается на уровне описания задачи — взаимодействие: необходимое,
недостаточное, нежелательное, т. е. дается оценка — хорошо это или
плохо.
Альтшуллер рассматривает только физические поля. Он утверждает
что, вепольная модель отражает структуру вещественно-полевых
взаимодействий. Но вещественно-полевое взаимодействие отражается у
него только на качественном уровне — есть связь между веществами и
полями или ее нет, или она по каким-либо причинам на устраивает
решающего задачу.
Если рассматривать вепольную модель как модель ТС, то
физическое поле, как компонент системы вполне вписывается в вепольную
модель, но как быть с абстрактными полями, с геометрическими эф-

П11. Терминология, применяемая относительно законов техники
331
фектами? Она их не отражает. А они имеют большое значение в
формировании ФПД устройства и получении системных свойств. Поэтому
его вепольные модели неадекватно отражают моделируемый
технический объект. Вепольные модели ТО, предложенные Альтшуллером,
описывают структуру взаимодействия веществ и полей, не раскрывая
сущности конкретного физико-химического процесса, поэтому их
можно рассматривать как более высокую степень абстракции по сравнению
с ФПД.
Кроме того, в обозначении поля скрывается слишком много
информации. Ведь в любом взаимодействии, как правило, принимают участие
несколько физических полей, а сами взаимодействия можно
охарактеризовать несколькими абстрактными полями. Вепольные модели
сложно использовать для описания текущего процесса взаимодействий,
происходящих в реальной ТС, когда одни поля порождают другие. Это,
скорее, модель задачи, чем модель ТС.
Следует отметить, что вепольные модели, несомненно,
активизируют мышление в поиске вещественно-полевых ресурсов и
использования ресурса пространства, однако в них не находит отражение весьма
важный ресурс времени.
Аппарат вепольного моделирования обладает определенной
эвристической ценностью, однако, он не лишен некоторых недостатков и
требует совершенствования. Необходимо более четко определить
понятийный аппарат и правила построения вепольных схем, выстроить его
так, как строятся формальные теории. Это позволит использовать ве-
польное моделирование как обобщенную модель ФПД и на его основе
создавать модели баз данных по физико-техническим и
физико-химическим эффектам.
ПИ. Терминология, применяемая относительно законов
техники
Исследованиям закономерностей строения, функционирования и
развития ТС посвящено много работ: [7, 49, 71, 89, 90, 116, 120]. В
теории и практике проектирования используются такие понятия как
закон, закономерность, принцип, прием, механизм. Рассмотрим
принятые определения этих понятий в словаре русского языка [83].
Закон. «1. Связь и взаимозависимость каких-нибудь явлений
объективной действительности... 2. Постановление государственной власти...
3. Общеобязательное правило, то, что признается обязательным...».
Закономерный. «1. Соответствующий, отвечающий законам».
Механизм. «1. Внутреннее устройство машины, прибора, аппарата,
приводящее их в действие... 2. перен. Система, устройство,
определяющее порядок какого-нибудь вида деятельности».

332
Приложения
Принцип. «1. Основное, исходное положение какой-нибудь теории,
учения, науки и т. п. ... 2. Убеждение, взгляд на вещи. ... 3. Основная
особенность в устройстве чего-нибудь».
Прием. «... 2. Отдельное действие, движение... 3. Способ в
осуществлении чего-нибудь ...».
С учетом приведенных определений этих понятий, можно принять
следующее рабочее определение закона. Закон есть такая взаимосвязь
между существенными свойствами или ступенями развития явлений
объективного мира, которая имеет всеобщий характер и проявляется в
относительной устойчивости и повторяемости этой связи.
Альтшуллер по описаниям изобретений выявил тенденции развития
ТС и сформулировал систему законов развития ТС (ЗРТС), которая
приведена в работе [9]:
«1. Закон полноты частей системы;
2. Закон "энергетической проводимости" системы;
3. Закон согласования ритмики частей системы;
4. Закон увеличения степени идеальности системы;
5. Закон неравномерности развития частей системы;
6. Закон перехода в над систему;
7. Закон перехода с макроуровня на микроуровень;
8. Закон увеличения степени вепольности».
Позднее Альтшуллер сформулировал еще один закон: увеличения
степени динамичности системы. В литературе по ТРИЗ [7, 49, 120] в
основном принята систематика законов, предложенная Альтшуллером.
Наиболее подробный анализ ЗРТС проведен Ю. П. Саламатовым.
В работе [120] им даны формулировки законов и показаны приемы
поиска решений, основанные на этих законах. Автор отмечает:
«Системные законы принято делить на четыре группы:
1) законы структурообразования, формулирующие условия
возникновения структур;
2) законы функционирования, объясняющие условия
возникновения и развития связей и их организации;
3) законы развития, объясняющие движущие силы и механизмы
преобразования систем через возникновение и разрешение противоречий;
4) законы взаимодействия с другими системами, с подсистемами и
внешней средой».
Он отмечает наличие субъективного фактора при исследовании
ЗРТС и заключает (с. 62), что: «Единственный всеобъемлющий
качественный критерий прогрессивности изменений в развитии любой
технической системы — идеальность. Повышение идеальности — ориентир в
безбрежном море информации о техносфере. Главенствующая роль
закона идеализации ТС видна во всех механизмах ТРИЗ, и именно этот
закон определяет наиболее общие тенденции развития техники. В
сущности, все остальные законы являются конкретными воплощениями
этого главного закона на разных стадиях развития».

П11. Терминология, применяемая относительно законов техники
333
Что же является критерием отнесения того или иного положения к
законам, закономерностям, принципам или приемам? В табл. ПИЛ
сделана попытка выявить существенные и отличительные признаки
рассматриваемых понятий.
Таблица П11.1. Систематика терминологии
Термин
Закон техники
Закономерность
Принцип
i Прием
Метод,
методика
S Механизм
Существенные признаки | Отличительные признаки
Объективность, всеобщий и
безусловный характер
Соответствует законам, т. е.
объективность
Должен соответствовать законам
или закономерностям, иметь
логическое или онтологическое
основание
Имеет теоретическое или
эмпирическое основание
Относится к искусственно
созданным объектам
Носит более частный характер, чем
закон, может проявляться как
совокупное действие нескольких
законов
Носит более частный характер, чем
закономерность, относится к
конкретной предметной области,
декларативен
Выражает действие, носит
рекомендательный характер
Совокупность приемов и последова- Выражает действие (процедурален,
тельность их использования методичен), ограничен
определенным классом задач
Раскрывает сущность какого-либо Опирается на законы, закономерно-
процесса, явления сти и принципы. Носит
объяснительный характер
Таким образом, закон носит всеобщий и безусловный характер, он
обязателен для выполнения.
Принцип провозглашает некоторую идею, следуя которой можно
получить хорошее решение, но он не обязателен, им можно
поступиться во имя более веских и серьезных соображений. Например, если он
вступает в противоречие с какими-либо требованиями или
ограничениями, накладываемыми на получаемое решение (результат).
Альтшуллер в одной из своих последних работ [6] отмечал
конфликтность описанных им законов техники. Но законы, если они
объективны, не могут противоречить друг другу. Поэтому ко многим
законам техники, описанным в литературе, более корректным было бы
применение терминов «закономерность» или «принцип».
Для обоснования высказанной позиции обратимся к следующей
аналогии. В биологии в основе современной эволюционной теории
лежит закон причинности. Действие этого закона раскрывается с
помощью таких процессов как естественный отбор, приспособляемость,
изменчивость и наследственность. Причем эти процессы не относят к
категории законов.
В 1809 г. Ж. Б. Ламарк предположил, что все живые организмы
целесообразно приспосабливаются к условиям среды. Так он объяснял

334
Приложения
одну из особенностей эволюции органического мира —
приспособляемость. Прогрессивную эволюцию, появление более сложных и
совершенных форм, он объяснял «законом градаций» — стремлением живых
существ усложнять свою структуру.
По теории дарвинизма сложные, высокоорганизованные формы
побеждают в жизненной борьбе более простые не потому, что они более
сложные, а потому, что они лучше приспособлены к окружающим
условиям. Там, где условия внешней среды не дают особого
преимущества сложным формам, они не возникают. В ряде случаев наблюдается
регресс, в сторону упрощения, потери ненужных для биологического
вида структур и признаков. Например, кроты, живущие под землей
утратили за ненадобностью зрение, хотя у других животных их группы
оно есть. Переход некоторых червей к паразитизму в организме
хозяина, где они всегда обеспечены питанием, привел к тому, что они
потеряли не только органы чувств, но и кишечник (например, глисты).
Законы, отражающие развитие ТС, о которых пишет Альтшуллер, —
это обнаруженные тенденции, закономерности, которые описывают
возможные направления развития техники. Знание этих
закономерностей позволяет определить направленность поиска решения и дает
некоторые основания для выбора приемов решения технических задач.
Но это только тенденции и закономерности, они не являются
безусловными. В одних условиях могут проявляться одни тенденции, в
других — другие. Поэтому их нельзя считать законами.
Законы не могут противоречить друг другу. Если развитие пошло не в
соответствии с некоторым законом, а в соответствии с другим законом,
то это не законы. Закон — это некоторое общеутвердительное
высказывание. В соответствии с законами логики, если можно привести хотя бы
один пример, противоречащий общеутвердительному высказыванию, то
такое общеутвердительное высказывание признается ложным.
Так закон градаций, сформулированный Ж. Б. Ламарком,
опровергается одним примером, приведенным выше.
П12. История развития радиолампы
В 1881 г. Томас Эдисон, занимаясь опытами по улучшению первых
электрических ламп, ввел внутрь стеклянной колбы металлическую
пластинку, расположив ее вблизи от накаливаемой нити [12]. Воздух из
колбы был выкачан (рис. П12.1), а пластинка соединена с
положительным полюсом батареи накала нити. По проводнику проходил
электрический ток, хотя цепь не была замкнута. Когда же пластинку соединили
с отрицательным полюсом батареи, то тока не было.
Объяснение эффекту Эдисона было дано позже, после того, как
в 1891 г. Стонеем и Томпсоном были открыты электроны, а

П12. История развития радиолампы
335
Рис. П12.1. Схема эксперимента Эдисона
в 1900—1903 гг. Ричардсон провел ряд исследований по
термоэлектронной эмиссии.
В 1904 г. Джон Флеминг, занимался опытами по приему сигналов
беспроволочного телеграфа и ему понадобилась односторонняя
проводимость. Так эффект Эдисона был практически применен в
радиотехнике (рис. П12.2). Роль детектора в схеме Флеминга выполнял
электрический клапан, который представлял собой первую простейшую двух-
электродную радиолампу — диод.
В 1906 г. Ли де-Форест поместил в пространство между катодом и
анодом третий электрод в виде проволочной сетки. Так появилась трех-
электродная лампа — триод.
Если по отношению к катоду сетка заряжена отрицательно, то она
препятствует возникновению анодного тока. Если сетка заряжена
положительно, то она как бы ускоряет движение электронов. При этом
достаточно лишь немного изменить напряжение на сетке, чтобы анодный
ток изменился очень сильно.
Введение еще одного компонента привело к появлению нового
системного свойства (синергетический эффект). Таким образом был
создан ламповый усилитель.
Начался процесс конструктивной эволюции (см. пример 8.7),
направленный на улучшение функциональных параметров усилителя, в
первую очередь коэффициента усиления, линейности характеристик,
повышение КПД, надежности.
Совершенствование лампы в процессе конструктивной эволюции
осуществлялось поиском и применением материалов, обладающих
хорошими характеристиками электронной эмиссии, поиском формы и
взаимного расположения компонентов, отрабатывалась технология
изготовления.
Далее протекал интенсивный процесс развертывания системы.
В 1913 г. Лэнгмюйр ввел в пространство между катодом и сеткой еще
одну сетку, которая ускоряла поток электронов. Появилась лампа —
тетрод (по числу электродов). Эти сетки получили название
управляющей и ускоряющей.

336
Приложения
) \ Теоретически предельно возможный для полупроводников
Теоретически предельно возможный для радиоламп
1
Радиолампы
Полупроводники
Триод
Диод
1893 г. - теоретическое обоснование эффекта Эдисона
1891 г. - открытие электрона
1881 г. - эффект Эдисона
Затраты
1904 1913
1906 1916
Время
Рис. Ш2.2. Схема конструктивной эволюции радиолампы
Первые лампы требовали напряжения на аноде порядка 100 В и
более, затем были созданы радиолампы, работающие при анодном
напряжении 8...20 В. Это послужило мощным толчком для проектирования
переносных радиоприемных и передающих устройств, работающих от
батарей.
Однако «положительно заряженная катодная сетка отнимала
большое количество электронов от общего потока...», КПД лампы был
низким. «Но введение второй сетки послужило сигналом для
конструкторов радиоламп: началась эпоха многоэлектродных ламп» [12].
В 1916 г. Шоттки для повышения коэффициента усиления ввел
вторую (анодную) сетку в пространство между анодом и имеющейся
(управляющей) сеткой. Подавая на нее напряжение, равное примерно
половине анодного, Шоттки увеличил коэффициент усиления.

П12. История развития радиолампы
337
В триоде анод и сетка образовали как бы небольшой конденсатор,
емкость которого создавала электростатическую связь цепей анода и
сетки. Наличие этой паразитной связи приводило к тому, что лампа
создавала свои колебания — усилительный каскад превращался в
генератор электрических колебаний. Приемник сильно искажал звук,
свистел и переставал работать.
ПП: Анодная сетка должна быть для увеличения коэффициента
усиления, но ее не должно быть, так как ухудшается качество
обработки сигнала.
Противоречие разрешается изменением формы анодной сетки.
Изменение формы вещества — одно из средств влияния на системные
свойства объекта.
В 1926 г. Хэлл конструктивно видоизменил анодную сетку, придав
ей вид электростатического экрана, который обособил анод от сетки.
Экранированные лампы позволили на порядок увеличить коэффициент
усиления. Однако в лампе стало возникать неприятное явление:
электроны, ударяясь о поверхность анода выбивали из него вторичные
электроны, которые устремляясь к положительно заряженной
экранирующей сетке создавали ток обратного направления, так называемый
динатронный эффект. Работа лампы нарушалась. Нежелательный
эффект был устранен введением еще одной сетки между анодом и
экранирующей сеткой, которая получила название защитной или противоди-
натронной.
Так в 1929 г. появилась лама пентод (по числу электродов).
Одним из приемов разрешения противоречий в технических задачах
является использование пустого пространства. Была сконструирована
лампа, в которой роль защитной сетки выполняла искусственно
образованная зона, находящаяся между анодом и экранирующей сеткой.
В этой зоне создавался такой же потенциал, который имела бы
защитная сетка. Таким образом изменениями в конструкции удалось
избавиться от возникновения динатронного эффекта.
При освоении коротковолнового диапазона возникла еще одна
проблема. Сила радиосигнала на антенне, особенно коротких волн,
изменяется в значительных пределах. Это сказывается на выходном сигнале
(явление фединга — замирания). Для борьбы с этим явлением в каскады
усиления радиоприемника ввели отрицательную обратную связь, т. е.
НЭ был устранен в НС по отношению к радиолампе (см. пример 8.11).
Второй способ борьбы с этим явлением — сделать так, чтобы
требуемую функцию выполняла сама радиолампа. В лампу добавили еще
одну сетку, которая выполняет функцию автоматического регулятора
усиления.
Ряд диод — триод — тетрод — пентод пополнился лампой с шестью
электродами — гексодом. Он устроен так, что автоматически быстро
меняет коэффициент усиления: слабые сигналы усиливает в большей
степени, а сильные в меньшей.

338
Приложения
Для повышения качества обработки электрического сигнала
происходит дальнейшее усложнение конструкции радиолампы —
увеличивается число сеток. Создаются бисистемы — в одной колбе помещают две
лампы. Появляются такие комбинации, как диод—диод, двойные
триоды, двойные диод—триоды, двойные диод—пентоды, триод—гексоды
и т. п.
Первые радиолампы по виду мало отличались от электрических и
светили почти также. Затем они перестали светить, изменилась
конфигурация баллона, создали малогабаритные лампы.
К 1960-м г. радиолампа по показателям качества обработки
электрического сигнала, надежности достигла наивысших значений, но уже
начала вытесняться с занятой ей функциональной ниши устройством,
основанным на другом принципе действия — полупроводниковым
прибором. Произошел переход на микроуровень: от воздействия на поток
электронов, летящих между электродами, перешли на управление
электрической проводимостью вещества.
П13. 0 терминологии, применяемой по противоречиям
в технических задачах
Альтшуллер в работе [4] после разбора некоторых примеров пишет:
«А теперь уточним некоторые понятия, относящиеся к противоречиям.
Существуют противоречия административные (АП): нужно что-то
сделать, а как сделать — неизвестно. Такие противоречия констатируют
лишь сам факт возникновения изобретательской задачи, точнее —
изобретательской ситуации. Они автоматически даются вместе с ситуацией,
но ни в какой мере не способствуют продвижению к ответу. Технические
противоречия (ТП) отражают конфликт между частями или свойствами
системы (или "межранговый" конфликт системы с над системой,
системы с подсистемой). Изобретательской ситуации присуща группа ТП,
поэтому выбор одного противоречия из этой группы равносилен переходу
от ситуации к задаче. Существуют типовые ТП, например, в самых
различных отраслях техники часто встречаются ТП типа "вес—прочность",
"точность—производительность" и т. д.
...Современная ТРИЗ предусматривает анализ причин ТП и переход
от технического к физическому противоречию (ФП).
Техническое противоречие (ТП) представляет собой конфликт двух
частей системы; для перехода к ФП необходимо вьщелить одну часть, а
в этой части — одну зону, к физическому состоянию которой
предъявляются взаимопротиворечивые требования. Формулируется ФП так:
"Данная зона должна обладать свойством — А (например, быть
подвижной), чтобы выполнять такую-то функцию, и свойством не-А
(например, быть неподвижной), чтобы удовлетворять требованиям задачи".

П13. О терминологии, применяемой по противоречиям...
339
"Физичность" ФП, четкая локализация и предельная обостренность
самого конфликта (быть А и не быть А) придают ФП высокую «подска-
зывательную» ценность. Если ФП сформулировано правильно,
задачу — даже сложную — можно считать в значительной мере решенной.
Дальнейшее продвижение не вызывает принципиальных трудностей
(хотя и требует обширного и сконцентрированного информационного
аппарата, например (указателя физических эффектов и явлений)».
Понятия административных, технических и физических
противоречия Альтшуллер ввел как модель задачи.
В работе [29] ТП трактуются как диалектические противоречия ТС,
а ФП — как логические противоречия. Такой подход требует более
подробного изучения и обоснования.
В работах Альтшуллера не приводится четких определений этих
понятий, их смысл поясняется на примерах, что затрудняет их
применение для решения задач.
В работе [29] вместо термина административные противоречия
предложен термин социально-технические противоречия, который, на
наш взгляд, точнее отражает суть этой модели.
Термины «техническое противоречие» и «физическое
противоречия», введенные Альтшуллером, весьма неудачны по двум
соображениям:
• модель задачи в виде технического противоречия вполне
применима для решения задач в социально-технической области, а
также задач, связанных с управлением коллективами. Но этот термин
не вписывается в эту предметную область. Это хорошо видно на
примере 8.13. Кроме того, предлагаемые приемы разрешения
противоречий могут с успехом использоваться и в нетехнических
областях, в частности при решении задач бизнеса, рекламы и др.;
• термин «физическое противоречие» не согласуются с
терминологией, используемой в устоявшейся науке логики высказываний
(см. приложение П4).
Два суждения, составляющие ФП, относятся к модальным
нормативным суждениям. Как было отмечено, два модальных нормативных
суждения могут быть не совместимы по логическому или по
физическому основаниям. Отсюда следует, что ФП могут быть логическими и
физическими. Это некорректно.
В ФП речь идет о свойствах некоторого предмета. Поэтому логично
их назвать предметными противоречиями.
В ТП формулируется попытка изменения одного свойства, которое
приводит к недопустимому изменению другого. Эта формулировка
отражает намечаемое действие, операцию. Это действие соответствует
операционному способу мышления. Поэтому эту модель целесообразно
назвать операционным противоречием. В этом случае это название
противоречия может применяться и при решении не только технических
задач, айв социальной и социально-технической областях и др.

340 П14. 40 приемов разрешения технических (операционных) противоречий
Техническое и физическое противоречия соответствуют двум типам
мышления (см. рис. 5.3 ) операционному и предметному. Поэтому
вместо термина «техническое противоречие» в настоящей работе
используется термин операционное противоречие. А вместо термина «физическое
противоречие» — предметное противоречие.
П14. 40 приемов разрешения технических (операционных)
противоречий, предложенные Альтшуллером
1. Принцип дробления:
• разделить объект на независимые части;
• выполнить объект разборным;
• увеличить степень дробления объекта.
2. Принцип вынесения:
• отделить от объекта мешающую часть (мешающее свойство);
• выделить единственную нужную часть (нужное свойство).
3. Принцип местного качества:
• перейти от однородной структуры объекта или внешней среды
(внешнего воздействия) к неоднородной;
• разные части объекта должны иметь (выполнять) различные
функции;
• каждая часть объекта должна находиться в условиях, наиболее
благоприятных для ее работы.
4. Принцип асимметрии:
• перейти от симметричной формы объекта к асимметричной;
• если объект асимметричен, увеличить степень асимметричности.
5. Принцип объединения:
• объединить однородные или предназначенные для смежных
операций объекты;
• объединить во времени однородные или смежные операции.
6. Принцип универсальности:
• объект выполняет несколько разных функций, благодаря чему
отпадает необходимость в других объектах.
7. Принцип матрешки:
• один объект размещен внутри другого объекта, который в свою
очередь находится внутри третьего и т. д.;
• один объект проходит сквозь полость в другом объекте.

П14. 40 приемов разрешения технических (операционных) противоречий 341
8. Принцип антивеса:
• компенсировать вес объекта соединением его с другим,
обладающим подъемной силой;
• компенсировать вес объекта взаимодействием со средой (за счет
аэро- и гидродинамических сил).
9. Принцип предварительного антидействия:
• заранее придать объекту напряжения, противоположные
недопустимым или нежелательным рабочим напряжениям;
• если по условию задачи необходимо совершить какое-то действие,
надо заранее совершить антидействие.
10. Принцип предварительного действия:
• заранее выполнить требуемое действие (полностью или хотя бы
частично);
• заранее расставить объекты так, чтобы они могли вступить в
действие без затрат времени на доставку и с наиболее удобного места.
11. Принцип «заранее подложенной подушки»:
• компенсировать относительно невысокую надежность объекта
заранее подготовленными аварийными средствами.
12. Принцип эквипотенциальное™:
• изменить условия работы так, чтобы не приходилось поднимать
или опускать объект.
13. Принцип «наоборот»:
• вместо действия, диктуемого условиями задачи, осуществить
обратное действие;
• сделать движущуюся часть объекта или внешней среды
неподвижной, а неподвижную — подвижной;
• повернуть объект «вверх ногами», вывернуть его.
14. Принцип сфероидальности:
• перейти от прямолинейных частей объекта к криволинейным, от
плоских поверхностей — к сферическим, от частей, выполненных
в виде куба и параллелепипеда, — к шаровым конструкциям;
• использовать ролики, шарики, спирали;
• перейти от прямолинейного движения к вращательному,
использовать центробежную силу.
15. Принцип динамичности:
• характеристики объекта или внешней среды должны меняться так,
чтобы быть оптимальными на каждом этапе работы;
• разделить объект на части, способные перемещаться относительно
друг друга;

342
Приложения
• если объект в целом неподвижен, сделать его подвижным,
перемещающимся.
16. Принцип частичного или избыточного действия:
• если трудно получить 100 % требуемого эффекта, надо получить
чуть меньше или чуть больше — задача при этом существенно
упростится.
17. Принцип перехода в другое измерение:
• использовать многоэтажную компоновку объектов вместо
одноэтажной;
• наклонить объект или положить его на бок;
• использовать обратную сторону данной площади;
• использовать оптические потоки, падающие на обратную сторону
имеющейся площади.
18. Принцип использования механических колебаний:
• привести объект в колебательное движение;
• если такое движение совершается, увеличить его частоту (вплоть
до ультразвуковой);
• использовать резонансную частоту;
• применить вместо механического вибратора пьезовибратор;
• использовать ультразвуковые колебания в сочетании с
электромагнитными полями.
19. Принцип периодического действия:
• перейти от непрерывного действия к периодическому
(импульсному);
• если действие осуществляется периодически, изменить
периодичность;
• использовать паузы между импульсами для другого действия.
20. Принцип непрерывного полезного действия:
• вести работу непрерывно (все части объекта должны все время
работать с полной нагрузкой);
• устранить холостые и промежуточные ходы.
21. Принцип проскока:
• вести процесс или отдельные его этапы (например, вредные или
опасные) на большой скорости.
22. Принцип «обратить вред в пользу»:
• использовать вредные факторы (в частности, вредное воздействие
среды) для получения положительного эффекта;
• устранить вредный фактор за счет сложения его с другими
вредными факторами;

П14. 40 приемов разрешения технических (операционных) противоречий 343
• усилить вредный фактор до такой степени, чтобы он перестал
быть вредным.
23. Принцип обратной связи:
• ввести обратную связь, а если она есть, то изменить ее.
24. Принцип посредника:
• использовать промежуточный объект, переносящий или
передающий действие;
• на время присоединить к объекту другой (легко удаляемый)
объект.
25. Принцип самообслуживания:
• объект должен сам себя обслуживать, выполняя вспомогательные
ремонтные операции;
• использовать отходы (энергии, вещества).
26. Принцип копирования:
• вместо недоступного, сложного, дорогостоящего, неудобного или
хрупкого объекта использовать упрощенные и дешевые копии;
• заменить объект или системы объектов их оптическими копиями
(изображениями). Использовать при этом изменение масштаба
(увеличить или уменьшить копии);
• если используются видимые оптические копии, перейти к копиям
в инфракрасном или ультрафиолетовом свете.
27. Принцип замены дорогой долговечности дешевой
недолговечностью:
• заменить дорогой объект набором дешевых, поступившись при
этом некоторыми качествами (например, долговечностью).
28. Принцип замены механической схемы:
• заменить механическую схему оптической, акустической или «за-
паховой»;
• использовать электрические, магнитные или электромагнитные
поля для взаимодействия с объектом;
• перейти от неподвижных полей к движущимся, от фиксированных
к меняющимся во времени, от неструктурных к имеющим
определенную структуру;
• использовать поля в сочетании с ферромагнитными частицами.
29. Принцип использования пневмо- и гидроконструкций:
• вместо твердых частей объекта использовать газообразные и
жидкие: надувные и гидронаполняемые, воздушную подушку,
гидростатические и гидрореактивные.

344
Приложения
30. Принцип использования гибких оболочек и тонких пленок:
• вместо объемных конструкций использовать гибкие оболочки и
гибкие пленки;
• изолировать объект от внешней среды с помощью гибких
оболочек и гибких пленок.
31. Принцип применения пористых материалов:
• выполнить объект пористым или использовать дополнительные
пористые элементы (вставки, покрытия и т. д.);
• если объект уже выполнен пористым, заполнить поры каким-либо
другим веществом.
32. Принцип изменения окраски:
• изменить окраску объекта или внешней среды;
• изменить степень прозрачности объекта или внешней среды;
• для наблюдения за плохо видимыми объектами или процессами
использовать красящие добавки;
• если такие добавки не дают эффекта, использовать меченые
атомы.
33. Принцип однородности:
• объекты, взаимодействующие с данным объектом, должны быть
сделаны из того же материала (или близкого ему по свойствам).
34. Принцип отброса и регенерации частей:
• выполнившая свое назначение или ставшая ненужной часть
объекта должна быть отброшена (растворена, испарена и т. д.) или
видоизменена непосредственно в ходе работы;
• расходуемые части объекта должны быть восстановлены
непосредственно в ходе работы.
35. Принцип изменения физико-химических параметров объекта:
• изменить агрегатное состояние объекта;
• изменить концентрацию или консистенцию объекта;
• изменить степень гибкости;
• изменить температуру.
36. Принцип применения фазовых переходов:
• использовать явления, возникающие при фазовых переходах,
например, изменение объема, выделение и поглощение
теплоты и т. д.
37. Принцип применения теплового расширения:
• использовать тепловое расширение (или сжатие) материалов;
• использовать несколько материалов с разными коэффициентами
линейного расширения.

П15. Дополнения к морфологическому подходу
345
38. Принцип применения сильных окислителей:
• заменить обычный воздух обогащенным;
• заменить обогащенный воздух кислородом;
• воздействовать на воздух или кислород ионизирующим
излучением;
• использовать озонированный кислород;
• заменить озонированный кислород озоном.
39. Принцип применения инертной среды:
• заменить обычную среду инертной;
• вести процесс в вакууме.
40. Принцип применения композиционных материалов:
• перейти от однородных материалов к композитным.
П15. Дополнения к морфологическому подходу
Современный вид метод морфологического подхода приобрел
благодаря научным трудам швейцарского ученого Фрица Цвикки
(1898—1974), который является автором морфологического метода
исследований в астрономической и ракетной технике, изложенного в
книгах «Морфологическая астрономия» (1957 г.) и «Морфология
реактивного движения» (1962 г.). Цвикки был основателем и президентом
(с 1961 г.) «Общества морфологических исследований».
Ф. Цвикки родился 14 февраля 1898 г. в г. Варне (Болгария).
В 1920 г. окончил Швейцарский федеральный технологический
институт в Цюрихе, в 1922 г. защитил диссертацию по физике. С 1925 по
1972 г. работал в Калифорнийском технологическом институте
(Пасадена, США) и на связанных с ним обсерваториях Маунт-Вилсон и Ма-
унт-Паломар (с 1942 г. в должности профессора астрофизики). В
начале 1930-х гг. Цвикки занимался физикой твердого тела, ионизованного
газа и термодинамикой, а затем перешел к изучению новых и
сверхновых звезд и космических лучей.
В 1943—1961 гг. Цвикки был главным научным консультантом
фирмы «Аэроджет дженерал корпорейшн» (Азуза, шт. Калифорния). Ему
принадлежат 50 патентов, в основном в области ракетной техники.
Цвикки изобрел ряд реактивных двигателей. Принимал участие в
разработке ракетных ускорителей для взлета тяжелых самолетов. В октябре
1946 г. под руководством Цвикки с помощью ракеты «Фау-2» был
осуществлен запуск «искусственных метеоров» — первый эксперимент по
созданию искусственных астрономических объектов.
Инженерная практика Цвикки является классическим примером
применения морфологического анализа. Пользуясь им, он в 1943 г.

346
Приложения
синтезировал 575 вариантов двигателей ракетных аппаратов. В их числе
оказались и секретные немецкие самолеты-снаряды «Фау-1» и ракета
«Фау-2». В дальнейших исследованиях в 1951 г. он получил 36 864
вариантов реактивного двигателя.
В 1969 г. Цвикки опубликовал работу, в которой описал
разработанный им метод, названный морфологическим подходом. Он успешно
применял его много лет при изучении различных систем, сделав ряд
открытий, в частности нейтронные звезды и черные дыры.
Цвикки так описывает этот метод: «Цель морфологического
исследования — увидеть перспективу полного "поля знаний" о предмете.
Это может быть поле материальных объектов, поле явлений или поле
отношений, концепций, идей или теорий».
Предпосылки морфологического анализа возникли очень давно в
связи с развитием науки и техники, преимущественно, механики.
Ученые преследовали две цели: систематизация и классификация
исследуемых объектов и генерирование новых, ранее не известных объектов,
как новой комбинации известных признаков (свойств).
Леонардо да Винчи использовал в своем творчестве самые
разнообразные когнитивные стратегии, необходимые для организации
сенсорного восприятия окружающего мира. В их числе исследователи
отмечают морфологический анализ. Существенным является то, что
семантическим кодом (языком) морфологических моделей являются образы
(рисунки), а не слова, которым гений отводил второстепенную роль.
Леонардо да Винчи утверждал, что зрение является «главным
средством, при помощи которого понимание человека может наиболее полно
оценить бесконечную работу природы».
Морфологический подход к изображению человеческих лиц
Леонардо да Винчи показывает так: «Если вы хотите обрести легкость в
запоминании выражения лица, сначала выучите наизусть несколько
разных типов голов, глаз, носов, ртов, подбородков, горла, а также шей и
плеч. Возьмите, например, носы; существует десять типов носов:
прямой, картошкой, вогнутый, выступающий ниже или выше центра,
орлиный, правильный, обезьяний, круглый, заостренный. Данная
классификация хороша, если смотреть на человека в профиль. При взгляде в
анфас носы бывают двенадцати типов: толстые в середине, тонкие в
середине, с широким кончиком, узкие у основания, узкие на конце и
широкие в основании, с ноздрями широкими или узкими, высокими
или низкими, с отверстиями ноздрей видимыми или же закрытыми
кончиком носа. Подобным образом вы обнаружите разнообразие
других черт; эти особенности следует изучать в природе и фиксировать у
себя в памяти». Из представленных в табл. П16.1 признаков можно
составить 8640 вариантов типов лиц.
Путем формирования фильтров восприятия, основанных на
определенных ключевых различиях или на типологии черт, Леонардо
значительно уменьшает степень сложности наблюдения и запоминания. Вме-

П15. Дополнения к морфологическому подходу
347
Таблица П. 16.1. Типы разных черт лица
Голова
Круглая
В форме яйца
В форме груши
Удлиненная
Выпуклая сзади
Выпуклый лоб
Нос
Прямой
Картошкой
Вогнутый
Выступающий
в верхней части
Выступающий в
нижней части
Орлиный
Обезьяний
круглый
Заостренный
Рот
Широкий
Узкий
Полный
Толстый
Тонкий
Лук Амура
Подбородок
Квадратный
Острый
Длинный
Двойной
Выступающий
Срезанный
Горло
Толстое
Прямое
С острым углом
Длинное
С бугром
сто того чтобы запоминать и работать с тысячью разных лиц и
выражений, Леонардо предлагает работать с ограниченным набором черт; для
этого необходимо определить или «запомнить разные типы голов, глаз,
носов, ртов, подбородков, горла, а также шей и плеч».
Из исторических источников известна логическая машина
Раймонда Луллия (1234—1315), с помощью которой можно было сформировать
множество комбинаций различных исходных понятий и элементов.
Машина представляла собой стержень с насаженными на него семью
свободно вращающимися концентрическими кольцами, каждое из
которых было поделено на 12 сегментов, маркированных определенными
метафизическими терминами. Используя особенности арабского языка,
машина могла «запоминать» около 18 биллионов различных понятий.
Для того чтобы по описаниям получить облик человека используют
так называемый фоторобот. В его основе также лежит
морфологический подход.
Весьма оригинальное применение морфологическому подходу
нашел великий комбинатор Остап Бендер в романе Золотой теленок.
«— Пишите? — вяло спросил Ухудшанский.
— Специально для вас, — ответил великий комбинатор. — Вы, я
замечаю, все время терзаетесь муками творчества. Писать, конечно,
очень трудно. Я, как старый передовик и ваш собрат по перу, могу это
засвидетельствовать. Но я изобрел такую штуку, которая избавляет от

348
Приложения
необходимости ждать, покуда вас окатит потный вал вдохновения. Вот.
Извольте посмотреть.
И Остап протянул Ухудшанскому лист, на котором было написано:
ТОРЖЕСТВЕННЫЙ КОМПЛЕКТ
НЕЗАМЕНИМОЕ ПОСОБИЕ ДЛЯ СОЧИНЕНИЯ
ЮБИЛЕЙНЫХ СТАТЕЙ, ТАБЕЛЬНЫХ ФЕЛЬЕТОНОВ,
А ТАКЖЕ ПАРАДНЫХ СТИХОТВОРЕНИЙ,
ОД И ТРОПАРЕЙ
РАЗДЕЛ I. СЛОВАРЬ
(в отличие от оригинала приводится в форме морфологической
таблицы)
Существительные
1. Клики
2. Трудящиеся
3. Заря
4. Жизнь
5. Маяк
6. Ошибки
7. Стяг (Флаг)
8. Ваал
9. Молох
10. Прислужник
И. Час
12. Враг
13. Поступь
14. Вал
15. Пески
16. Скок
17. Конь
18. Сердце
19. Прошлое
Прилагательные
1.
Империалистический
2.
Капиталистический
3. Исторический
4. Последний
5.
Индустриальный
6. Стальной
7. Железный
Глаголы
1. Пылить
2. Взметать(ся)
3. Выявлять
4. Рдеть
5. Взвивать(ся)
6. Вершить(ся)
7. Петь
8. Клеветать
9. Скрежетать
10. Грозить
Художеств, эпитеты
1. Злобный
2. Зубовный
Прочие части речи
1. Девятый
2. Двенадцатый
3. Пусть!
4. Пускай!
5. Вперед!
«(Междометия, предлоги, запятые, многоточия, восклицательные
знаки и кавычки и т. п.)» ...

П16. Материалы для проведения «диверсионного» анализа
349
РАЗДЕЛ И. ТВОРЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
(Составляется исключительно из слов раздела 1-го) ...
«... АЗИАТСКИЙ ОРНАМЕНТ
1. Урюк (абрикосы)
2. АРЫК (канал)
3. ИШАК (осел)
4. ПЛОВ (пища)
5. БАЙ (нехороший человек)
6. БАСМАЧ (нехороший человек)
7. ШАКАЛ (животное)
8. КИШЛАК (деревня)
9. ПИАЛА (чашка)
10. МЕДРЕСЕ (духовное училище)
11. ИЧИГИ (обувь)
12. ШАЙТАН (черт)
13. АРБА (телега)
14. ШАЙТАН-АРБА (Средне-Азиатская ж. д.)
15. ТВОЯ-МОЯ НЕ ПОНИМАЙ
16. МАЛА-МАЛА
1 Выражения
Добавление
При помощи материалов раздела 1-го по методам раздела 2-го
сочиняются также: романы, повести, поэмы, в прозе, рассказы, бытовые
зарисовки, художеств, репортаж, хроника, эпопея, пьесы, политобозре-
ния, игра политфанты, радиооратории и т. д.
Когда Ухудшанский ознакомился с содержанием документа, глаза его,
доселе мутные, оживились. Ему пробавлявшемуся до сих пор отчетами о
заседаниях, внезапно открылись сверкающие стилистические высоты.
— И за все — двадцать пять тугриков, двадцать пять монгольских
рублей, — нетерпеливо сказал великий комбинатор, томимый голодом».
П16. Материалы для проведения «диверсионного»
анализа[50]
Результаты вредных воздействий
1. На ТО в целом и его компоненты:
• ухудшение функциональных показателей — нарушение связей,
изменение параметров работы устройства...;

350
Приложения
• ухудшение параметров качества: снижение надежности,
увеличение энергопотребления...;
• разрушение конструктивных элементов.
2. На человека:
• физические — неудобство выполнения работ, травмы,
профзаболевания...;
• психические — депрессия, деформация системы ценностей...;
• эмоциональные: стресс, дискомфорт...;
• социальные — разрушение связей профессиональных,
дружеских...;
• интеллектуальные — нарушение внимания, логического
мышления, создание психологической инерции, снижение творческих
способностей, ...
3. На природные системы:
• засорение вредными веществами, превышающие ПДК, обеднение
необходимыми...
Виды вредных воздействий
1. Между компонентами ТС и со стороны НС.
1.1. Воздействие веществ:
• механическое взаимодействие — трение, инерционные нагрузки,
удары, растворение, диффузия...
• химическое воздействие — окисление, нарушение химического
равновесия, синтез новых соединений...;
• биологические — вирусы, бактерии, паразиты, грызуны...
1.2. Воздействие полей:
• механические — гравитация, перепады давления, вибрации...;
• тепловых — нагрев, охлаждение, неравномерное распределение
температуры...;
• электрические — электростатические поля, пусковые токи,
паразитные токи...;
• магнитные — процессы, приводящие к намагничиванию
(трение), ...;
• электромагнитные — излучения, индукция...
1.3. Антропологические:
• воздействия человека на ТС — неумелые действия человека, ...;
• воздействия на человека — информационное (недостаток,
избыточность, ложность), на здоровье, психику...— в ответ —
ошибочные действия.
Типовые опасные зоны:
• функциональная избыточность или недостаточность компонентов
и связей;
• компоненты ТС, выполняющие большое количество функций;
• компоненты ТО, для которых технические решения принимались
в условиях неопределенности информации;
• концентрация потоков веществ и энергий.

П17. Краткая справка по ТРИЗ
351
Ресурсы вредных эффектов
• вещественно-полевые — концентрация потоков веществ и полей;
• пространственные: плотная компоновка, незанятое или не
полностью занятое пространство, взаимное расположение компонентов;
• временные — подготовка к функционированию, переходные
процессы, функционирование, накопление дефектов со временем,
изменение свойств НС;
• системные — синергетические эффекты от взаимодействия
компонентов между собой и с НС;
• функциональные — неадекватность (недостаточность или
избыточность) выполняемой функции, проявление непредвиденных
свойств в процессе функционирования, изменение свойств
компонентов в процессе функционирования, нарушение законов
строения и функционирования.
Средства сокрытия («маскировки») вредных эффектов
• проявление вредных эффектов со временем, в экстремальных
условиях, при редко встречающихся сочетаниях условий;
• переход количественных изменений в качественные: накопление
мелких дефектов, отклонений от нормы.
Разработка защитных мероприятий
Для предотвращения НЭ воспользоваться приемами системного
подхода, применить оператор РВС, применить приемы, основанные на
принципах строения, функционирования и развития ТО.
Средства предотвращения вредных явлений:
• соблюдение принципов строения и функционирования ТО;
• исключение элементов с пониженной надежностью;
• введение в ТС защитных устройств и создание систем с
«врожденной» безопасностью;
• обеспечение контролепригодности ТО в процессе производства и
эксплуатации, введение в ТО средств диагностики.
П17. Краткая справка по ТРИЗ
Автором теории решения изобретательских задач (ТРИЗ)
является Г. А. Альтшуллер. Работу над Методикой он начал в конце 1940-х
годов.
Как пишет сам автор: «Теоретическим фундаментом ТРИЗ
являются законы развития технических систем, выявленные путем анализа
больших массивов патентной информации (десятки и сотни тысяч
патентов и авторских свидетельств), изучения истории и логики развития
многих технических систем. ТРИЗ строится как точная наука,
имеющая свою область исследования, свои методы, свой язык, свои
инструменты» [9].

352
Приложения
«Основной постулат ТРИЗ: технические системы развиваются по
объективно существующим законам, эти законы познаваемы, их можно
выявить и использовать для сознательного решения изобретательских
задач» (там же).
«Основными механизмами совершенствования и синтеза новых
технических систем в ТРИЗ служат алгоритм решения изобретательских
задач (АРИЗ) и система стандартов на решение изобретательских задач.
ТРИЗ располагает собственным методом анализа и записи
преобразований систем — вепольным анализом. Особое значение в ТРИЗ имеет
упорядоченный и постоянно пополняемый информационный фонд:
указатели применения физических, химических и геометрических
эффектов, банк типовых приемов устранения технических и физических
противоречий» (там же).
Таким образом, основными компонентами ТРИЗ являются.
• законы развития технических систем (ЗРТС);
• вещественно-полевой (вепольный) анализ;
• стандарты на решение изобретательских задач;
• приемы разрешения технических противоречий;
• указатели эффектов для решения изобретательских задач;
• приемы развития творческого воображения (РТВ);
• алгоритм решения изобретательских задач;
• фонд задач-аналогов.
Материалы по ТРИЗ опубликованы в работах Альтшуллера, а также
в работах: [27, 30, 29, 47, 48, 49, 50, 51, 80, 92, 102, 102, 105, 112, 120].
П18. Перечень примеров-
Пример 1.1. Оценка качества электродов 14
Пример 2.1. Изменение формы предметов, описанных
в исходных данных 17
Пример 2.2. Необходимо сделать отверстие в тонкой панели 18
Пример 2.3. Задача Г. Лейбницу 18
Пример 2.4. Задача о болезни вин 18
Пример 2.5. Найти сумму всех чисел натурального ряда от 1 до 21 .. 20
Пример 2.6. Способ борьбы с лесным пожаром 20
Пример 2.7. Некоторые аналогии операций 23
Пример 2.8. Аналогия: модель атома 25
Пример 2.9. ММЧ для поиска принципа действия устройства 27
Пример 3.1. Дюралюминий — сплав повышенной прочности 31
Пример 3.2. Печально известный ДДТ 31
Пример 3.3. Заторы на дорогах, парадокс Бресса 32

П18.Перечень примеров 353
Пример 3.4. Совет Ч. Дарвина 33
Пример 3.5. Уравнение — это система 34
Пример 3.6. Усилитель сигнала 35
Пример 3.7. Найти lim(V« - л/и + 1) 39
Пример 3.8. Определить площадь между двумя окружностями 39
Пример 3.9. Вписать квадрат в треугольник 41
Пример 3.10. Определить положение центра тяжести пластинки. ... 41
Пример 4.1. Снижение шума системы вентиляции 45
Пример 4.2. Оксюмороны для технических объектов 54
Пример 4.3. Меднение диэлектрика 57
Пример 4.4. Выращивание кристалла 59
Пример 4.5. Возникновение и развитие электроэрозионной
обработки 60
Пример 4.6. Металлическая скрепка как источник
множества идей 62
Пример 4.7. Заслонка для регулирования потока пульпы 63
Пример 4.8. Усовершенствование технологии поверхностного
монтажа 67
Пример 5.1. Преобразование поля температур в геометрическое
поле 72
Пример 6.1. Чипы на липучке 90
Пример 6.2. Зарождение усталостной трещины 91
Пример 6.3. Опыт с призматическим образцом 95
Пример 6.4. Командное устройство 96
Пример 6.5. Многократные измерения 97
Пример 6.6. Форма сечения крыла самолета 97
Пример 6.7. Создание больших сил 98
Пример 6.8. Свойства спирали Архимеда 98
Пример 6.9. Некоторые свойства эллипсоида вращения 100
Пример 6.10. Свойства параболоида вращения 101
Пример 6.11. Лента Мебиуса 102
Пример 6.12. Свойства гиперболоидов вращения 103
Пример 6.13. Башня Шухова 104
Пример 6.14. Эффект Доплера 106
Пример 6.15. Лазерное излучение 106
Пример 6.16. Поляризованный свет 106
Пример 6.17. Сверхпроводимость 107
Пример 6.18. Построить четыре треугольника из шести спичек. ... 108
Пример 6.19. Исследования вольтова столба В. В. Петровым 108

354 Приложения
Пример 6.20. Регулятор для дуговой лампы П. Н. Яблочкова 109
Пример 6.21. Измерение давления сварочной дуги 109
Пример 6.22. Исследование процесса электросварки ПО
Пример 6.23. Останкинская телебашня 111
Пример 6.24. Термометр для долгоносиков 111
Пример 6.25. Применение оператора РВС 113
Пример 6.26. Очистка изделий и технологических сред 118
Пример 6.27. Обогрев аудитории зимой 1919 г 120
Пример 6.28. Получение подсолнечного масла 120
Пример 7.1. Лед в водосточных трубах 130
Пример 7.2. Диверсии на торговых судах 131
Пример 7.3. Схемы базирования заготовок 137
Пример 7.4. Транзистор на радиаторе 139
Пример 7.5. Тонкостенные оболочки 140
Пример 7.6. Использование ветровой энергии для обогрева
парников 141
Пример 7.7. Деревянная опалубка для бетонных конструкций 143
Пример 7.8. Одна из причин пожара от электропроводки 145
Пример 7.9. Землетрясение в Мехико 147
Пример 7.10. Разрушение угольных пластов 148
Пример 7.11. Эхолокация косяков рыб 148
Пример 7.12. Развертка 153
Пример 7.13. Развитие электросварки 158
Пример 7.14. Эхолокация 159
Пример 7.15. Радиоэлектроника 161
Пример 7.16. Применение реактивных двигателей 162
Пример 7.17. Можайский выбирает двигатель для аэроплана 163
Пример 7.18. Самолеты с изменяемой стреловидностью крыла .... 165
Пример 7.19. Убирающееся шасси самолета 165
Пример 7.20. Винты изменяемого шага 165
Пример 7.21. Сумка на колесиках 167
Пример 7.22. Динамизация крыла 168
Пример 7.23. Адресное разделение каналов в телеметрических
системах 170
Пример 7.24. Сильно свернутая оптическая система 176
Пример 7.25. «Активная броня» 178
Пример 7.26. Протестированные баки 178
Пример 7.27. Развертывание фрезерного станка 178
Пример 7.28. Люцерна 180

П18. Перечень примеров 355
Пример 7.29. Грифы определяют места утечки газа 180
Пример 7.30. Муха в качестве индикатора рудничного газа 180
Пример 7.31. Микробы съедают краску с банок 180
Пример 7.32. Бактерии участвуют в добыче металлов 180
Пример 7.33. Производство кольчугалюминия 181
Пример 7.34. Самолет «Сталь-2» 183
Пример 7.35. Авиационная фанера — композитный
материал (КМ) 184
Пример 8.1. Проблема определения площади крыла самолета 189
Пример 8.2. Набор инструментов слесаря 192
Пример 8.3. Литейный уклон 192
Пример 8.4. Повышение производительности токарной
обработки 193
Пример 8.5. Регулирование массового расхода газа 197
Пример 8.6. Ехать надо быстро и медленно 198
Пример 8.7. Эмиссия электронов в радиолампе 198
Пример 8.8. Способ определения площадок контакта
поверхностей 199
Пример 8.9. Закалка стальной детали 201
Пример 8.10. Размерная химическая обработка 204
Пример 8.11. Явление фединга — замирания 205
Пример 8.12. Как стабилизировать период колебания маятника . . . 206
Пример 8.13. Александрийский маяк 211
Пример 8.14. Испытания образцов 212
Пример 8.15. Замерзающая прорубь 214
Пример 8.16. Износ покрышек 215
Пример 9.1. Построение функциональной структуры втулки 230
Пример 9.2. Процесс образования отверстия с помощью
пневмодрели 233
Пример 9.3. Построение КФС переходной фермы 236
Пример 9.4. Обратный клапан 238
Пример 9.5. Станочное приспособление 241
Пример 10.1. Найти множество вариантов меток 246
Пример 10.2. Утилизация отходов производства 249
Пример 10.3. Разработка конструктивных решений
блоков радиоэлектронных систем 251
Пример 10.4. Построение МТ для переходной фермы 255
Пример 10.5. Построение МТ для обратного клапана 255
Пример 10.6. Проектирование амортизатора 259
Пример 10.7. Ключевая операция фотолитографии 267

356
Приложения
Пример 10.8. Морфологическое исследование пуговиц 270
Пример 10.9. Применение МОК к объекту весы 274
Пример 11.1. Кража спирта 280
Пример 11.2. Перевозка микросхем 280
Пример 11.3. Плывун в котловане 281
Пример 11.4. Алмазный инструмент затупился 282
Пример 11.5. Улучшение работы автоматического выключателя ... 284
Пример 11.6. Некоторые случаи отказа элементов автоматики .... 286
Пример 11.7. Конструкция замка стиральной машины 286
Пример 11.8. Герметичное разъемное соединение корпусных
деталей микроблока с общей герметизацией 287
П19. Методические рекомендации по организации
учебного процесса
Целью учебной дисциплины является развитие мышления у
студентов, формирование у них системы методологических знаний по поиску
решений технических задач и психологической готовности к решению
задач.
Содержанием дисциплины являются наиболее общие приемы и
методы решения задач. При изучении дисциплины студенты должны
понять теоретические основы приемов решения задач и научиться
практическому применению приемов и методов анализа и синтеза ТО.
График изучения дисциплины
Проблемы внедрения этой учебной дисциплины в планы
подготовки специалистов связаны не только с выделением часов в
существующих учебных планах, но и со следующими обстоятельствами.
В существующих планах подготовки специалистов тематика
курсовых работ и проектов четко определена. Она направлена на
закрепление изученных соответствующих теоретических положений и
приобретение навыков по их использованию для решения задач. Кроме того,
преподаватели других дисциплин, в подавляющем большинстве, не
будут привлекать знания студентов, полученных при изучении настоящей
дисциплины, по крайней мере, в первые годы ее преподавания.
Поэтому умения и навыки, полученные при изучении настоящей
дисциплины практически не будут востребованы вплоть до дипломного
проектирования. Хотя приобретенные знания несомненно будут
способствовать лучшему усвоению прикладных общеинженерных и
специальных дисциплин.

П19. Методические рекомендации по организации учебного процесса 357
Изучение дисциплины крайне желательно заканчивать
выполнением курсовой работы или проекта, чтобы студенты приобрели
практические навыки по использованию предлагаемых приемов и методов для
решения технических задач.
Последний учебный семестр, как правило, занят выполнением
курсовых работ или проектов по специальности. Поэтому курсовую работу
по методам решения задач желательно разместить в предпоследнем
семестре. Выполнение этой курсовой работы (проекта) целесообразно
проводить в том же семестре, в котором изучается дисциплина «Защита
интеллектуальной собственности» или «Патентоведение». Тогда можно
удачно сочетать самостоятельную работу студента (СРС) по этой
дисциплине с курсовой работой по методам решения задач.
Курс лекций лучше проводить в двух семестрах. В этом случае у
студентов будет больше времени на выполнение домашнего задания
(табл. П19.1).
Таблица П19.1. Примерный график изучения дисциплины
Семестр
Аудиторные
занятия,ч
лекции
практические

занятия,семинары
Самостоятельная
работа студента, ч
проработка
лекций
выполнение
курсовых работ
и проектов
Вид
контроля
Итого, ч
аудиторные
занятия

самостоятельная работа
студента
Для срока обучения 5 лет
6
7
8
Всего
32
32
64
32
32
20
20
40
50
50
Зачет
Экзамен
32
32
32
96
20
20
50
90
или
7
8
Всего
64
64
32
32
40
40
50
50
Экзамен
64
32
96
40
50
90
Для срока обучения 5,5 лет
7
8
9
Всего
32
32
64
32
32
1
20
20
50
40 1 50
Зачет
Экзамен
32
32
32
96
20
20
50
90
или
8
9
Всего
64 1
64
32
32
40
40
50
50
Экзамен
64
32
96
40
50
90

358
Приложения
Содержание дисциплины
Тема 1. Введение (2 ч, СРС 0,5 ч)
Общая характеристика инженерных задач. Цели, задачи и структура
учебной дисциплины.
Тема 2. Некоторые типовые операции и процедуры мышления
(6 ч, СРС 6 ч)
Понятия, как форма мышления. Структура и виды понятий,
отношения между понятиями. Логические операции с понятиями:
обобщение и ограничение, определение, деление (по видоизменению признака
и дихотомическое). Применение операции логического деления
понятий для составления классификаций объектов.
Виды простых высказываний, их структура. Категорические
высказывания.
Модальные суждения. Отношения между логическими,
физическими и нормативными модальностями.
Абстракция: изолирующая, обобщающая, идеализирующая; ее
значение для усвоения информации и в техническом творчестве.
Виды аналогий (операций, строения, формы и отношений) и ее
применение при решении технических задач.
Тема 3. Общие приемы поиска решений (4 ч, СРС 3 ч)
Характеристика проблемной ситуации. Понятие ВПИ.
Общие приемы анализа исходных данных и поиска решений,
способствующих активизации мышления: преобразование исходных
данных, инверсия, аналогия, моделирование.
Тема 4. Основы системного анализа (4 ч, СРС 3 ч)
Сущность системного подхода. Понятие системы, виды систем,
понятие синергетического эффекта: системного эффекта и системного
качества. Факторы, влияющие на системные свойства объектов. Приемы
поиска решений, основанные на системном подходе.
Тема 5. Синектика (4 ч, СРС 2 ч)
Сущность синектического подхода, области применения. Аналогии
активизирующие образное мышление: личная, фантастическая,
символическая.

П19. Методические рекомендации по организации учебного процесса 359
Психологические предпосылки синектического подхода.
Применение операторов синектики при решении задач.
Превращение незнакомого в знакомое и наоборот. Методические рекомендации
по решению задач.
Тема б. Системный анализ ТО (2 ч, СРС 2 ч)
Структура описания ТО, содержание понятий: ФТЭ, ФПД, ФО,
ТФ, ТР.
Модели системного анализа ТО. Понятия ТС и НС. Операционный
и предметный подходы при синтезе ТР.
Основные компоненты полной ТС: рабочий орган, трансмиссия,
преобразователь энергии, орган управления. Генетический,
компонентный, структурный и функциональный подходы. Виды структурных
моделей.
Тема 7. Поиск ресурсов при решении технических задач (6 ч, СРС 4 ч)
Вещественно-полевой анализ — ТС как взаимодействие веществ и
полей. Математические и физико-технические эффекты.
Ресурсы пространства и времени, количественные изменения
(оператор РВС).
Модели вещественно-полевого анализа. Задачи на изменение
объекта и на обнаружение и измерение свойств объекта.
Тема 8. Принципы строения и закономерности развития ТС (12 ч, СРС 6 ч)
Закон увеличения степени идеальности ТО. Принципы и приемы
поиска решений, основанные на этом законе.
Принципы строения и функционирования ТС: соответствия
функции и структуры, энергетической проводимости,
согласования-рассогласования.
Виды симметрии. Принцип П. Кюри.
Закономерности развития ТС: стадийного развития,
прогрессивной конструктивной эволюции, динамизации ТС, перехода ТС
с макроуровня на микроуровень, свертывания-развертывания,
взаимосвязанного и неравномерного развития ТО, спирального развития
техники.
Тема 9. Противоречия в технических задачах и приемы их разрешения
(8 ч, СРС 5 ч)
Виды противоречий: социально-технические, операционные и
предметные.

360
Приложения
Эвристическая ценность формулирования предметных
противоречий. Приемы разрешения противоречий. Методические рекомендации
по решению задач.
Тема 10. Функционально-структурный анализ ТО (4 ч, СРС 3 ч)
Цель функционально-структурного анализа. Формулирование
функций ТО и его компонентов.
Системно-структурный анализ функций. Операционный и
предметный подходы.
Применяемые модели: иерархическая (диаграмма Исикавы — Си-
бирякова), потоковая функциональная схема, конструктивная
функциональная схема.
Тема 21. Морфологический подход к анализу и синтезу ТО (б ч, СРС 3 ч)
Феномен морфологического исследования объектов, предложенный
Ф. Цвикки, для поиска возможных структур технического объекта.
Морфологический подход при анализе проблемы.
Использование морфологического подхода для синтеза технических
решений.
Методика разработки морфологических таблиц.
Морфологическое мышление в стратегии У. Диснея.
Формы представления результатов морфологического исследования:
томография, цветущий лотос, ментальная карта.
Метод отрицания и конструирования.
Тема 12. Общие методические рекомендации по решению задач
(4 ч, СРС 2 ч)
Решение исследовательских задач. Обращение исследовательской
задачи в задачу синтеза.
Выявление и прогнозирование НЭ и явлений в конструкциях и
технологиях.
Задачи синтеза. Анализ проблемы и постановка задач. Основные
этапы решения технической задачи и методические рекомендации по
применению приемов на каждом этапе.
Определение объекта функции и формулирование ГПФ.
Определение субъектов, формулирование цели, определение
пространственно-структурной и временной характеристик создаваемого ТО.
Анализ требований к качеству ТО, критерии качества технического
решения.
Генезис проблемы и выявление нежелательных эффектов и
явлений.

П19. Методические рекомендации по организации учебного процесса 361
Тема 13. Методические рекомендации по организации инженерного
творчества (2 ч, СРС 0,5 ч)
Организация творческого коллектива — мозговой штурм и его
модификации.
Индивидуальная работа. Методические рекомендации по
выполнению курсовой работы.
Темы домашних заданий
Тематика заданий направлена на достижение следующих целей:
1) организовать систематическую работу студентов в течение
семестра, закрепить пройденный лекционный материал и, тем самым,
подготовиться к восприятию последующего материала;
2) поддерживать у студентов познавательный интерес в период
между аудиторными занятиями для восприятия материала на очередной
лекции;
3) сформировать у студентов междисциплинарные связи. Показать,
что рассматриваемые приемы и методы решения задач находят
отражение и в других учебных дисциплинах;
4) помочь студентам с разных позиций воспринимать учебный
материал смежных дисциплин, что поможет им лучше усвоить материалы
как по настоящей дисциплине, так и по смежным, изучаемым в
семестре.
Часть тем домашних заданий желательно связать с объектами и
проблемами, которыми студенты занимаются при выполнении рас-
четно-графических, курсовых работ и проектов, а также
выполняемых лабораторных работ по смежным в семестре учебным
дисциплинам.
Примерный перечень заданий для самостоятельной
работы студентов
1. Придумать оригинальную, интересную игру «ДА—НЕТку».
Дать описание ситуации и ее объяснение.
Провести игру с друзьями. Проанализировать результаты. Описать
свои наблюдения за ходом решения задачи, например, как была
воспринята игра, какова была активность играющих и т. д. Сделать
некоторые выводы. Сколько было задано вопросов, можно ли по вопросам
оценить уровень логического мышления, фантазии.
Пояснения. Суть этой игры следующая.
Играет несколько человек. Один из участников игры, назовем его
ведущий, описывает некоторую ситуацию, в которой присутствует не-

362
Приложения
которое непонятное, необъяснимое явление, действие. Нужно дать
этому объяснение. Это не должна быть загадка или задача.
Ведущему можно задавать любые вопросы, на которые он отвечает
только «да» или «нет», иногда «не существенно».
Участники игры выдвигают некоторые гипотезы и проверяют их,
задавая вопросы ведущему. Здесь «работают» фантазия, логика, умение
задавать вопросы (формулировать свои мысли).
Темы для этой игры могут быть самые разные: не только житейские
и детективные ситуации, но и из области техники. Главное, чтобы все
участники игры знали объект.
Некоторые студенты на досуге играют в «ДА—НЕТку». Эта игра
способствует развитию как воображения, так и логического мышления.
Эксперименты, проведенные со студентами, показывают, что те,
кто играет впервые задают вопросы беспорядочно, хаотично, нет
стратегии решения задачи. Те, кто уже играл, сначала задают вопросы,
чтобы понять общую ситуацию, затем вопросы конкретизируются.
Каждый полученный ответ «подсказывает» следующий вопрос.
Эта игра интересна еще тем, что в инженерной практике часто
наблюдается следующая схема решения задачи. Выдвигается гипотеза,
затем для ее проверки ставится эксперимент. Результат эксперимента
либо подтверждает гипотезу, либо ее отвергает. Выдвигается новая
гипотеза, затем новый эксперимент и т. д.
Таким образом, эксперимент каждый раз отвечает на вопрос либо
«да» — гипотеза верна, либо «нет», т. е. игра «ДА—НЕТка»
определенным образом моделирует некоторые процессы инженерной
деятельности. Очень важно этот процесс организовать таким образом, чтобы
целенаправленно продвигаться к получению удовлетворительного
результата, а не действовать методом проб и ошибок.
Целью этого задания является, с одной стороны, заинтересовать
этой игрой студентов, чтобы на досуге они в нее играли. С другой
стороны, по сюжету, которые придумывают студенты можно судить об их
уровне фантазии.
Пример. У Наташи дома перестала гореть настольная лампа.
Почему? (Ее брат при ввертывании лампы подложил в патрон бумажку.)
Придумывание таких игровых ситуаций способствует развитию
фантазии. А состязательность самой игры способствует активизации
мышления.
2. Составить ментальные карты для какой-либо темы изучаемой в
семестре любой учебной дисциплины. Дополнить название темы яркой
метафорой, раскрывающей смысл полученных знаний.
Эта модель структуры изучаемой дисциплины редко используется
преподавателями. Для того чтобы составить ментальную карту студент
должен хорошо осмыслить не только изучаемые разделы, но понять
связь между ними.

П19. Методические рекомендации по организации учебного процесса 363
3. По материалам изучаемых в семестре учебных дисциплин
привести примеры классификаций по видоизменению признака и
дихотомические.
Обязательно указать основание логического деления — признак, по
которому образуются члены деления (см. приложение П2).
Навык в разработке классификаций подготавливает студентов к
обработке информации, а также к разработке морфологических таблиц.
4. Привести примеры обобщающих и идеализирующих абстракций,
которые использовались в изучаемых учебных дисциплинах.
Это задание подкрепляет такие приемы, как: «сформулировать
более общую задачу», «сформулировать ИКР», позволяет лучше
справиться с формулированием функций (см. разд. 9.1).
5. Привести примеры прямых аналогий, которые использовались
для разъяснения учебного материала, и при решении задач. Указать вид
прямой аналогии: операции, строения, формы, отношений. Отметить
практические результаты применения прямой аналогии.
Некоторые студенты путают аналогию с мнемоническим правилом,
например, приводят правило буравчика или мнемонические
высказывания, например, «Каждый охотник желает знать, где сидят фазаны»
(последовательность цветов радуги).
6. Привести примеры проявления синергетического эффекта в
изучаемых дисциплинах.
7. Привести примеры применения приемов, основанных на
системном подходе при решении задач.
Здесь важно, чтобы студент «увидел» эти приемы в конкретной
решенной задаче, в частной методике решения задачи той или иной
предметной области.
8. Привести примеры использования ресурсов пространства и
времени для решения технической задачи.
9. Превращение знакомого в не знакомое. Для какого-либо ТО
придумать новые функции. Например, предложить как можно больше
вариантов разнообразного использования скрепок, гвоздей, пустых
бутылок, старых CD-дисков, отходов какого-либо производства.
10. Используя указатель ФТЭ (см. например, [38, 117]), придумать
несколько способов измерения какого-либо параметра, например,
температуры, давления, влажности, толщины стенки сосуда, покрытия,
резонансную частоту конструкции, содержания угарного газа в смеси,
деформации, момента зарождения усталостной трещины при испытании
образцов, зазора в соединении, угла поворота одной части конструкции
относительно другой, нарушение контакта в электрическом
соединении т. д.
11. Придумать несколько способов применения какого-либо ФТЭ,
например, электрокапиллярного эффекта, электрореологического
эффекта, эффекта Доплера, поляризации, фазовых переходов и т. д. (см.,
например, [38, 117]).

364
Приложения
12. Привести примеры, отражающие закономерности развития
технических систем. Сформулировать противоречия, которые были при
этом разрешены и приемы их разрешения.
13. Перечислить операционные или предметные противоречия,
которые встретились при изучении прикладных дисциплин (например,
обеспечение теплового режима и плотность компоновки в электронике,
ширина печатного проводника и его сопротивление и др.). Указать
какими способами они были разрешены.
14. Для заданного ТО (механизм, узел основного производства или
приспособления, инструмента) сформулировать ГПФ. Выделить
функциональные компоненты и сформулировать функции, выполняемые
этими компонентами.
Выявить НЭ, связанные с выполнением этих функций. Построить
структурную функциональную модель.
15. Для заданного ТО или технической задачи построить МТ,
отразив в ней возможные способы решения задачи (операционная) и
возможные конструктивные решения (предметная).
При генерации идей отразить стратегии Диснея, позиции
восприятия: мечтатель, реалист, критик.
16. Используя метод отрицания и конструирования предложить
способы усовершенствования ТО.
17. Для заданного ТО (устройства или технологического процесса)
провести «диверсионный анализ».
18. Для заданной технической проблемы построить ментальную карту.
Примерный перечень практических занятий
1. Анализ проблемы и постановка задач.
2. Функционально-структурный анализ ТО.
3. Анализ ТО на соответствие принципам строения,
функционирования и закономерностям развития ТС.
4. Выявление НЭ и явлений в конструкциях и технологиях
(диверсионный анализ).
5. Использование операторов синектики для поиска решений
технических задач.
6. Решение задач по алгоритму (см. разд. 8.4).
7. Приемы разрешения противоречий в технических задачах.
8. Разработка МТ.
Содержание курсовой работы
Цель курсовой работы — приобретение практических навыков по
использованию приемов и методов решения технических задач.
Тематика. Разработка ТО — конструкции изделия основного
производства или технологического оснащения, или технологии изготовле-

П19. Методические рекомендации по организации учебного процесса 365
ния, сборки, монтажа или испытаний с улучшенными показателями
качества, устранение НЭ и явлений. Это могут быть проблемы,
связанные, например, с плохой работоспособностью ТС, с проявлением
нежелательных эффектов или явлений.
Например, создать устройство для выполнения некоторой полезной
функции. Усовершенствовать имеющийся ТО — устройства или
технологии. Эта задача может быть сформулирована и более конкретно: снизить
затраты, повысить надежность, уменьшить массу конструкции, габариты,
снизить энергопотребление и т. д. Повысить конкурентоспособность
выпускаемой продукции, «обойти» запатентованный способ или устройство.
В пояснительной записке студент должен отразить не только
полученные решения, но и способы их получения, продемонстрировать
применяемые приемы, модели и методы, ход рассуждений.
Примерное содержание пояснительной записки
1. Анализ проблемы и постановка задач:
1.1) разработка ментальной карты проблемы, формулирование
требований к качеству конечного продукта;
1.2) функциональный анализ. Анализ требуемых функций,
формулирование функций и проведение функционально-структурного
анализа прототипа (если он задан). Если задан прототип, то провести оценку
уровня выполнения функций (адекватный, недостаточный,
избыточный), затем применить методику выявления и прогнозирования
нежелательных эффектов и явлений в конструкциях и технологиях;
1.3) использование аналогий — превращение незнакомого в
знакомое и наоборот.
2. Использование оператора ИКР.
3. Формулирование задач, которые нужно решать.
4. Поиск ресурсов: ФТЭ, пространства, времени, системных и т. д.
5. Выявление и формулирование противоречий, способы их
разрешения.
6. Применение морфологического подхода для синтеза возможных
вариантов ТР.
7. Обоснование выбранного варианта.
Разработка ТО осуществляется до уровня технического решения
(см. рис. 5.1) и поясняется эскизами.
Список рекомендованной литературы
Основная
1. Белый И. В., Власов К. П., Клепиков В. Б. Основы научных
исследований и технического творчества. Харьков: Изд-во Харьковского
университета, 1989.

366
Приложения
2. Гасанов А. И., Кокин С. М. Методы инженерного творчества. В 4 ч.
М.: МОМА «ТРИЗ», 1999.
3. Инженерные методы поиска технических решений при создании ЛА:
методические указания для курсового проектирования / Авт-сост.:
В. П. Панасенков, А. В. Ревенков. М.: Изд-во МАИ, 1994.
4. Половинкин А. И. Основы инженерного творчества. М.:
Машиностроение, 1988.
5. Ревенков А. В. Введение в анализ технических объектов. М.: Изд-во
МАИ, 2003.
6. Ревенков А. В., Панасенков В. П. Анализ и синтез технических
решений при производстве ЛА. М.: Изд-во МАИ, 1992.
7. Сазонова 3. С, Ткачева Т. М., Чечеткина Н. В. Основы инженерного
творчества. М.: МАЛИ (ГТУ), 2004.
8. Тимофеева Ю. Ф. Основы творческой деятельности. Часть 1. М.:
Прометей, 2002.
9. Физические эффекты в машиностроении: справочник / В. А. Лукья-
нец, 3. И. Алмазова, Н. П. Бурмистрова и др.; под общ. ред. В. А. Лукьян-
ца. М.: Машиностроение, 1993.
Дополнительная
1. Алътшуллер Г. С. Алгоритм решения изобретательских задач
АРИЗ-82. Свердловск: Изд-во Минцветмета, 1982.
2. Алътшуллер Г. С. Найти идею. Введение в теорию решения
изобретательских задач. Новосибирск: Наука, 1986.
3. Алътшуллер Г. С. Творчество как точная наука. М.: Сов. радио, 1979.
4. Алътшуллер Г. С, Селюцкий А. Б. Крылья для Икара: Как решать
изобретательские задачи. Петрозаводск: Карелия, 1980.
5. Глазунов В. Н. Поиск принципов действия технических систем. М.:
Речной транспорт, 1990.
6. Голдовский Б. И., Вайнерман М. И. Рациональное творчество. О
направленном поиске новых технических решений. М.: Речной транспорт,
1990.
7. Джонс Дж. К. Методы проектирования / Пер. с англ. М.: Мир, 1986.
8. Злотин Б. Л., ЗусманА. В. Решение исследовательских задач.
Кишинев: МНТЦ Прогресс, Картя Молдавеняскэ, 1991.
9. Как стать еретиком / Сост. А. Б. Селюцкий. Петрозаводск: Карелия,
1991.
10. Одрин В. М. Метод морфологического анализа технических систем /
Совершенствование творческой деятельности в процессе создания новых
технических решений. М.: ВНИИПИ, 1989.

П19. Методические рекомендации по организации учебного процесса 367
11. Правила игры без правил / Сост. А. Б. Селюцкий. Петрозаводск:
Карелия, 1989.
12. Нить в лабиринте / Сост. А. Б. Селюцкий. Петрозаводск: Карелия,
1988.
13. Мюллер И. Эвристические методы в инженерных разработках / Пер.
с нем. М.: Радио и связь, 1984.
14. Рождение изобретения (стратегия и тактика решения
изобретательских задач) / А. И. Гасанов, Б. М. Гохман, А. П. Ефимочкин и др. М.: Ин-
терпракс, 1995.
15. Саламатов Ю. П. Как стать изобретателем. М.: Просвещение. 1990.
16. Шанс на приключение / Сост. А. Б. Селюцкий. Петрозаводск:
Карелия, 1991.

Предметный указатель
А
Абстрагирование, виды абстракций 318
Абстракция
— идеализирующая 128, 318
— обобщающая 19, 319
Анализ 319
— вещественно-полевой 87, 330
модели 114
— диверсионный 283, 349
— проблемы 291
— требований к качеству продукции 294
— функциональный 218
методические рекомендации по
проведению 229
операционный подход 227
предметный подход 233
структурный 226
Аналогия
— личная 45
— операций 22
— отношений 25
— прямая 21
— символическая 47, 326
методика конструирования 327
— строения 24
— фантастическая 46
— формы 24
Б
Бисистема 177
Бифуркации точка 127, 177
В
Вектор психологической инерции 11
Вещество 87
— виды 88
— идеальное 128
Время оперативное 202
Высказывания 312
— категорические 312
— модальные 314
Г
Генезис 37, 76
Граф 80
д
Дедукция см. Индукция и дедукция
Декомпозиция
3
Задачи 278
— выявления и прогнозирования НЭ 283
— исследовательские 279
— на изменение объекта 119
— на обнаружение и измерение
свойств 121
— синтеза 251, 290
— совершенствования ТО 297
Закономерности развития 155
веществ 166
полей 168
связей 168
ТС 155
взаимосвязанного и
неравномерного 181
— динамизации ТС 164
— перехода с макроуровня на
микроуровень 171
— прогрессивной конструктивной
эволюции 158
— свертывания-развертывания 174
— спирального 184
— стадийного 155
Законы
— логики 313
— определение 331
— техники 333
— увеличения степени идеальности ТО 127
Зона оперативная 202
И
Измерительные — преобразователи см.
Преобразователи измерительные
Измерительные приборы см. Приборы
измерительные

Предметный указатель
369
Инверсия 19
— исследовательской задачи 283
— поставленной задачи 20
— хода решения задачи 20
Индукция и дедукция 318
К
Карта ментальная 82, 83
Классификации 311
Компьютерная поддержка интеллектуальной
деятельности 298
Креативность 62, 84
КФС см. Схема Конструктивная
функциональная
м
Метафора 49
— классификация 51
Метод 333
— маленьких человечков 26
— морфологического ящика
— отрицания и конструирования
Моделирование 24, 319
— маленькими человечками 27
Модель
— вепольного анализа 114
— задачи 115, 202
— иерархическая 80, 235
— иерархическая функциональная 220, 228
— структурная 79
— карта ментальная 82, 83
— КФС 236, 239, 241
— ПФС 233
— свойства 319
— системного анализа ТО 75
— структуры 80
— функционального анализа ТО 226
Мозговой штурм 322
Морфология 245
— аспекты исследования 245
Мышление многоэкранное 183
— операционное 73
— предметное 73
О
Оксюморон, методика конструирования 327
Оператор
— размер—время—стоимость (РВС) 112
— идеальный конечный результат
(ИКР) 208
Операторы
— синектики 55, 56
Операция физическая 71
п
Переменные фазовые 94, 122
Подход
— генетический 76
— компонентный 78
— конструктивный 132
— морфологический 245, 345
компьютерная поддержка 254,
261, 301
ментальная карта 272
операционный 249
предметный 249
методика разработки МТ 257
при анализе проблемы 249
при решении задач синтеза 251
формы представления
результатов 269
«цветущий лотос» 271
морфологическая таблица
247-256, 267-271
морфологический ящик 247, 252
в стратегии У. Диснея 264
— системный 29
применяемая терминология 320
приемы решения задач 35
— структурный 79
— функциональный 132
операционный 227
предметный 227
Поле 87
— абстрактное 91
— виды 92
— временные характеристики 94
— физическое 91
Понятие 307
— логические операции 309
— логическое деление 310
— отношения 308
— структура 307
Преобразователи измерительные 121
Приборы измерительные 121
Прием 332
Приемы
— повышения степени идеальности
ТО 131, 134
— разрешения предметных
противоречий 197
— функционального подхода по
совершенствованию ТО 229
Принцип 332
— кратчайшего пути 142
— П. Кюри 153
— согласования-рассогласования 144
— соответствия функции и структуры 136

370
Предметный указатель
— строения и функционирования ТС 136
— энергетической проводимости 140
приемы поиска решений 142
Принцип действия физический 72
Противоречие 187
— операционное 190
— предметное 195
приемы разрешения 197
структура 196
схема 196
— социально-техническое 189
Процесс идеальный 129
Р
Ресурсы 86
— вещественно-полевые 87
— схема поиска 117
— временные ПО
— изменения системных свойств ТО 108
— пространственные 107
Решение техническое 71
С
Свойство системноеЗ 1
— приемы изменения 36
Связи 79
— классификация 85
— конструктивные 85
— функциональные 85
Симметрия 149
Синектика 43
— инструменты 44
— методические рекомендации по
применению 63
— операторы 55
— психологические предпосылки 54
Система 29
— абстрактная 31
— естественная 31
— нормативная 196, 209, 317
техническая 30
генезис 76
• полная 77
идеальная 128
— экспертная 298, 302
Ситуация проблемная 188
— способы разрешения 190
Стратегия Диснея 264
Суждения модальные 314
— логические 315
— нормативные 316
структура 317
— физические 315
Схема конструктивная функциональная 236,
239, 241
т
Теория решения изобретательских задач
(ТРИЗ) 351
Технические объекты 1-й 2-й групп 141
Ф
ФО см. Операция физическая
ФПД см. Принцип действия физический
ФТЭ см. Эффект физико-технический
Функция
— вспомогательная 220
— главная полезная 70, 220
— дополнительная 220
— объект 223
— техническая 71
— уровень выполнения 137, 229
— формулирование 222
э
Эмпатия
— см. аналогия личная
Этапы создания ТО 219, 290
Эффект
— нежелательный 188
— синергетический 30, 55, 84
— системный 30, 320
— физико-технический 71

Список литературы
1. Автоматизация поискового конструирования / под ред. А. И. Поло-
винкина. М.: Радио и связь, 1981.
2. Алдер Г. НЛП-графика. Мышление в рисунках и образах. СПб.:
Питер, 2003.
3. Альтшуллер Г. С. Алгоритм изобретения. М.: Московский рабочий,
1973.
4. Альтшуллер Г. С. Найти идею. Введение в теорию решения
изобретательских задач. Новосибирск: Наука, 1986.
5. Альтшуллер Г. С. Стандартные решения изобретательских задач. 77
стандартов (Методические рекомендации). Минск: Городская школа
молодых изобретателей, 1986.
6. Альтшуллер Г. С. Столкновение законов, или как усложнять систему,
если ее нельзя усложнять / Техника и наука. 1980. № 9.
7. Альтшуллер Г. С. Творчество как точная наука. М.: Сов. радио, 1979.
8. Альтшуллер Г. С, Вертким И. М. Как стать гением: жизненная
стратегия творческой личности. Минск: Беларусь, 1994.
9. Поиск новых идей: от озарения к технологии (Теория и практика
решения изобретательских задач) / Г. С. Альтшуллер, Б. Л. Злотин, А. В. Зус-
ман, В. И. Филатов. Кишинев: Картя Молдовеняскэ, 1989.
10. Альтшуллер Г. С, Селюцкий А. Б. Крылья для Икара: Как решать
изобретательские задачи. Петрозаводск: Карелия, 1980.
11. Альтшуллер Г. С., Шапиро Р. Б. О психологии изобретательского
творчества // Вопросы психологии. 1956. № 6.
12. Бажанов С. А. Как работает радиолампа. Л.: Государственное
энергетическое издательство, 1947.
13. Белый И. В., Власов К. П., Клепиков В. Б. Основы научных
исследований и технического творчества. Харьков: Изд-во Харьковского
университета, 1989.
14. Буш Г. Я. Рождение изобретательских идей. Рига: Лиесма, 1976.
15. Бъюзен Т. 10 способов как стать гением: пер. с англ. А. Прокопчук.
М.: ООО Изд-во ACT, 2002.
16. Ветров Г. С. С. П. Королев в авиации. Идеи. Проекты.
Конструкции. М.: Наука, 1988.

372
Список литературы
17. Викентъев И. Л. Перечень контрольных вопросов для выявления и
использования ресурсов при решении простых производственных задач //
Журнал ТРИЗ. 3.2.92.
18. Возрастная и педагогическая психология / В. В. Давыдов, Т. В. Дра-
гунова, Л. Б. Ительсон и др.; под ред. А. В. Петровского. М.: Просвещение,
1979.
19. Воинов Б. С. Принципы поискового проектирования. Горький: ГГУ,
1982.
20. Вуджек Т. Как создать идею. СПб.: Питер Пресс, 1997.
21. Гармаш И. И. Тайны бионикию. Киев: Радяньска шк., 1985.
22. Гасанов А. И., Кокин С. М. Методы инженерного творчества. В 4 ч.
М.: МОМА ТРИЗ, 1999.
23. Герасимов В. М., Литвин С. С. Основные положения методики
проведения ФСА. Свертывание и сверхэффект // Журнал ТРИЗ. 3.2.92.
24. Гетманов А. Д. Логика. М.: Высш. шк., 1986.
25. Гильберг Л. А. От самолета к орбитальному комплексу. М.:
Просвещение, 1992.
26. Глазунов В. Н. Параметрический метод разрешения противоречий в
технике (методы анализа проблем и поиска решений в технике). М.:
Речной транспорт, 1990.
27. Глазунов В. Н. Поиск принципов действия технических систем. М.:
Речной транспорт, 1990.
28. ГодфруаЖ. Что такое психология: В 2 т. / пер. с франц. М.: Мир,
1996.
29. Голдовский Б. И., Вайнерман М. И. Рациональное творчество. О
направленном поиске новых технических решений. М.: Речной транспорт,
1990.
30. Голдовский Б. И., Вайнерман М. И. Комплексный метод поиска
решений технических проблем. М.: Речной транспорт, 1990.
31. Голубев И. С, Самарин А. В. Проектирование конструкций
летательных аппаратов. М.: Машиностроение, 1991.
32. ГреггД. Стоккер. Применение СФК для определения потребностей
потребителей // Курс и качество. 1992. № 1.
33. Губерман И. Третий триумвират. М.: Детская литература, 1974.
34. Девойно И. Г. Усложнение технических систем / Журнал ТРИЗ.
2.1.91.
35. Джозеф О'Коннор, Ян Мак-Дермонтт. Искусство системного
мышления. Творческий подход к решению проблем и его основные стратегии /
пер. с англ. К.: София, 2001.
36. Джон Р. Хойзер, Дон Клозинг. Дом качества // Курс и качество. 1992.
№ 1.
37. Джонс Дж. К. Методы проектирования / пер. с англ. М.: Мир, 1986.

Список литературы
373
38. Дикарев В. И. Справочник изобретателя. Серия «Учебники для
вузов. Специальная литература». СПб.: Изд-во Лань, 2001.
39.ДилтсР. Стратегии гениев: пер. с англ. Е.Н.Дружининой. М.:
Фирма Класс, 1998.
40. Добряков А. А, Методы интеллектуализации САПР. М.: Наука, 1992.
41. Добряков А. А. Психолого-педагогические основы подготовки
элитных специалистов как творческих личностей (содержательные элементы
субъект-объектной педагогической технологии). М.: Логос, 2001.
42. Дорофеев А. А. Дидактические основы проектирования учебной
литературы по дисциплинам специальности технического университета. М.:
Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2002.
43. Дубров И. Е. Методика поиска сверхэффектов / Журнал ТРИЗ.
3.2.92.
44. Дузь Л. Д. История воздухоплавания в авиации в России. М.:
Машиностроение, 1981.
45. Евдокимов В. Д., Полевой С. Н. От молотка до лазера. М.: Знание,
1987.
46. Завьялов А. Б., Борисовский В. В., Голиков А. 3. и др. Закономерности
развития технических систем. Красногорск МО.: ГНМЦ, Ин-т повышения
квалификации, 1991.
47. Злотин Б. Л., Зусман А. В. Законы развития и прогнозирование
технических систем. Методические рекомендации. Кишинев: Картя Молдаве-
няскэ; МНТЦ Погресс, 1969.
48. Злотин Б. Л., Зусман А. В. Изобретатель пришел на урок. Кишинев:
Лумина, 1990.
49. Злотин Б. Л., Зусман А. В. Общие законы развития // Журнал ТРИЗ
93.1, 1994.
50. Злотин Б. Л., Зусман А. В. Решение исследовательских задач.
Кишинев: МНТЦ Прогресс, Картя Молдавеняскэ, 1991.
51. Иванов Г. И. Формулы творчества, или как научиться изобретать.
М.: Просвещение, 1994.
52. Ивин А. А. Искусство правильно мыслить. М.: Просвещение, 1990.
53. Ильичев А. В., Волков В. Д., Грущанский В. А. Эффективность
проектируемых элементов сложных систем. М.: Высш. шк., 1982.
54. Ильясов И. И. Система эвристических приемов решения задач. М.:
Изд-во Российского открытого университета, 1992.
55. Инженерные методы поиска технических решений при создании
ЛА: Методические указания для курсового проектирования / Авт.-сост.
В. П. Панасенков, А. В. Ревенков. М.: Изд-во МАИ, 1994.
56. Исикава К. Японские методы управления качеством. М.:
Экономика, 1988.
57. Казютинский В. В. Космизм А. Л. Чижевского. «Из истории
ракетно-космической техники». Вып. 2. М.: ИИЕТ РАН, 1998.

374
Список литературы
58. Как стать еретиком / Сост. А. Б. Селюцкий. Петрозаводск: Карелия,
1991.
59. Ким Л. В., Трофимов В. И. Конструирование приборов оснащения
ЛА. М.: Изд-во МАИ, 1995.
60. Когнитивная психология / под ред. В. Н. Дружинина, Д. В.
Ушакова. М.: ПЕР СЭ, 2002.
61. Комаров В. М. ОР-1, первый ли? — Загадки звездных островов. Кн.
6 / Сост. Ф. С. Алымов. М.: Мол. гвардия, 1990.
62. Лебедев А. А., Нестеренко О. П. Космические системы наблюдения:
синтез и моделирование. М.: Машиностроение, 1991.
63. Космонавтика: энциклопедия / Гл. ред. В. П. Глушко; Редколлегия:
В. П. Бармин, К. Д. Бушу ев, В. С. Верещагин и др. М.: Сов. энциклопедия,
1985.
64. Кругликов Г. И., Симоненко В. Д., Цырлин М. Д. Основы технического
творчества: Книга для учителя. М.: Народное образование. 1996.
65. Кудрявцев А. В. Методы интуитивного поиска технических решений.
М.: Речной транспорт, 1991.
66. Лакофф Дж., Джонсон М. Метафоры, которыми мы живем / пер. с
англ.; под ред. и с предисл. А. Н. Баранова. М.: Едиториал УРСС, 2004.
67. Лоуренс П. Сулливан. Политика управления на всех этапах СФК /
Курс и качество. 1992. № 1.
68. Майданов А. С. Искусство открытия: Методология и логика
научного творчества. М.: Репро, 1993.
69. Макашов Э. М. Методологические основы научных исследований:
Тексты лекций. М.: Изд-во МАИ, 1988.
70. Мелещенко Ю. С. Техника и закономерности ее развития. Л.: Лениз-
дат, 1970.
71. Мелещенко Ю. С. Технический прогресс и его закономерности. Л.:
Лениздат, 1967.
72. Менегетти А. Психосоматика / пер. с итал. Славянской ассоциации
Онтопсихологии. М.: ННБ Онтопсихологи, 2002.
73. Методы поиска новых технических решений / под. ред. А. И. Поло-
винкина. Йошкар-Ола: Маркнигоиздат, 1976.
74. Митрофанов В. В. От технологического брака до научного открытия.
Ассоциация ТРИЗ Санкт-Петербурга, 1998.
75. Михелъкевич В. Н., Радомский В. М. Основы научно-технического
творчества. Ростов н/Д: Феникс, 2004.
1 в. Мордвинцев Л. А., Фетисов Г. П., Шалыгина О. В. Основы процесса
сварки и пайки. М.: МАИ, 1972.
77. Мюллер И. Эвристические методы в инженерных разработках: пер. с
нем. М.: Радио и связь, 1984.

Список литературы
375
78. Нейлор К. Как построить свою экспертную систему: пер. с англ. М.:
Энергоатомиздат, 1991.
19. Ненашева А. П. Конструирование радиоэлектронных средств. М.:
Высш. шк., 1990.
80. Нить в лабиринте / Сост. А. Б. Селюцкий. Петрозаводск: Карелия,
1988.
81. Норенков И. П. Основы автоматизированного проектирования. М.:
Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2006.
82. Одрин В. М. Метод морфологического анализа технических систем /
Совершенствование творческой деятельности в процессе создания новых
технических решений. М.: ВНИИПИ, 1989.
83. Ожегов С. И. Словарь русского языка. М.: Изд-во Русский язык,
1975.
84. Орлов В. И. Трактат о вдохновении, рождающем великие
изобретения. М.: Знание, 1980.
85. Орлов П. И. Основы конструирования: Справочно-методическое
пособие. В 2 кн. / под ред. П. И. Учаева. М.: Машиностроение, 1988.
86. Основные положения методики проведения
функционально-стоимостного анализа. Методические рекомендации. М.: Информ-ФСА, 1991.
87. ПойаД. Как решать задачу. Львов: Изд-во Журнал «Квантор», 1991.
88. ПойаД. Матеметическое открытие / Решение задач: основные
понятия, изучение, преподавание: пер. с англ. В. С. Бергмана; под ред.
И. М. Яглома. М.: Наука, 1970.
89. Половинкин А. А. Законы строения и развития техники. Волгоград:
ВолгПИ, 1985.
90. Половинкин А. И. Основы инженерного творчества. М.:
Машиностроение, 1988.
91. Попов А. Алгоритм решения изобретательских задач // Изобретатель
и рационализатор. 1985. № 2.
92. Правила игры без правил / Сост. А. Б. Селюцкий. Петрозаводск:
Карелия, 1989.
93. Применение методов технического творчества при проведении
функционально-стоимостного анализа. Методические рекомендации. М.:
Информэлектро, 1990.
94. Прокофьев О. Н. Удивительное рядом. М.: Просвещение, 1973.
95. Психология мышления / Сборник переводов с немецкого и
английского. Под. ред. А. М. Матюшкина. М.: Изд-во Прогресс, 1965.
96. Развитие авиационной науки и техники в СССР: историко-техниче-
ские очерки. М.: Наука, 1980.
97. Ракитов А. И. Курс лекций по логике науки. М.: Высш. шк., 1971.
98. Ревенков А. А., Панасенков В. П. Анализ и синтез технических
решений при производстве ЛА. М.: Изд-во МАИ, 1992.

376
Список литературы
99. Ревенков А. В. Введение в анализ технических объектов. М.: Изд-во
МАИ, 2003.
100. Решетов Л. Н. Самоустанавливающиеся механизмы: Справочник.
М.: Машиностроение, 1985.
101. Решетова 3. А. Психологические основы профессионального
обучения. М.: Изд-во Московского университета, 1985.
102. Рождение изобретения (стратегия и тактика решения
изобретательских задач) / А. И. Гасанов, Б. М. Гохман, А. П. Ефимочкин и др. М.: Ин-
терпракс, 1995.
103. Рубинштейн С. Л. Принцип детерминизма и психологическая
теория мышления. М.: Изд-во АН СССР, 1957.
104. Сазонова 3. С, Ткачева Т. М., Чечеткина Н. В. Основы
инженерного творчества. М.: МАДИ (ГТУ), 2004.
105. Саламатов Ю. П. Как стать изобретателем. М.: Просвещение, 1990.
106. Сенсация в парниках // Знание — сила. 1988. № 3.
107. Системы автоматизированного проектирования. В 9 кн. Кн. 4.
Математические модели технических объектов / В. А. Трудоношин, Н. В. Пи-
воварова; под ред. И. П. Норенкова. М.: Высш. шк., 1986.
108. Скляров И. Ф. Методология системных исследований: учеб.
пособие. М.: Изд-во МАИ, 1995.
109. Соломенцев Ю. М., Шеменев Г. И. Методологические проблемы
исследования проектно-конструкторскои деятельности в технических науках
/ Вопросы философии. 1981. № 11.
ПО. Стрижак С. В. Объединение однородных технических систем /
Журнал ТРИЗ. 3.2.92.
111. Сухотин А. К. Парадоксы науки. М.: Молодая гвардия, 1978.
112. Теория решения изобретательских задач / под ред. А. И. Гасанова.
М.: Московский философский фонд, 2003.
113. Технология технического контроля в машиностроении: справочное
пособие / под общ. ред. В. Н. Чупырина. М.: Издательство стандартов,
1990.
114. Тимофеева Ю. Ф. Основы творческой деятельности. Ч. 1. М.:
Прометей, 2002.
115. Толмачев А. А. Диагноз: ТРИЗ. СПб.: ООО Фирма КОСТА, 2004.
116. Тугаринов В. П. Законы объективного мира, их познание и
использование. Л.: Лениздат, 1955.
117. Физические эффекты в машиностроении: справочник / В. А. Лукь-
янец, 3. И. Алмазова, Н. П. Бурмистрова и др.; Под общ. ред. В. А. Лукьян-
ца. М.: Машиностроение, 1993.
118. Чапяле Ю. М. Методы поиска изобретательских идей. Л.:
Машиностроение. Ленинград, отд-ние, 1990.
119. Чипы на липучке. Экспресс информация // Компьютерра. 11.07.06.

Список литературы
377
120. Шанс на приключение / Сост. А. Б. Селюцкий. Петрозаводск:
Карелия, 1991.
121. Шевырев А. В. Технология творческого решения проблем,
(эвристический подход) или книга для тех кто хочет думать своей головой. Кн. 1.
Мышление и проблемы. Психология творчества. Белгород: Крестьянское
дело, 1995.
122. Шевырев А. В. Технология творческого решения проблем,
(эвристический подход) или книга для тех кто хочет думать своей головой. Кн. 2.
Техника творчества. Алгоритм решения проблем. Эвристические методы
выработки П-идеи. Организация творческого процесса. Белгород:
Крестьянское дело, 1995.
123. Шрагина Л. И. Конструирование метафор в контексте психологии
способностей // Психологический журнал. 1999. № 1.
124. Шухардин С. В. К вопросу о движущих силах развития техники //
Вопросы истории естествознания и техники. 1965. Вып. 18.
125. Эд Хеншалл. Структурирование функции качества. «Инженерное
проектирование» сконцентрированное на требованиях потребителя / Курс
и качество. 1992. № 1.
126. Энгельс Ф. Анти-Дюринг. Переворот в науке, произведенный
господином Евгением Дюрингом. М.: Политиздат, 1977.
127. Gordon W. I. I. Synectics: The Development of Creative Capacity. New
York: Harper and row, 1961.
128. OsbomA. F. Applied imagination. New York: Schibners Sons, 1953.
129. Zwicky F. Entdecken, Erfmden, Forschen im Morphologischen Weltbild.
Munich-Zurich-Rnaur, 1966.

Оглавление
Список основных сокращений 3
Предисловие 5
Введение 8
РАЗДЕЛ 1. ОБЩИЕ ПРИЕМЫ ПОИСКА РЕШЕНИЙ
1. АНАЛИЗ ПРОБЛЕМЫ 11
2. ПРИЕМЫ, АКТИВИЗИРУЮЩИЕ МЫШЛЕНИЕ
ПРИ РЕШЕНИИ ЗАДАЧИ 17
2.1. Преобразование условий задачи 17
2.2. Инверсия 19
2.3. Прямая аналогия 21
2.3.1. Аналогия операций 22
2.3.2. Аналогия строения 24
2.3.3. Аналогия формы 24
2.3.4. Аналогия отношений 25
2.4. Моделирование 25
3. ОСНОВЫ СИСТЕМНОГО АНАЛИЗА 29
3.1. Сущность системного подхода 29
3.2. Приемы решения задач, основанные на системном подходе . . 35
3.2.1. Систематика приемов решения задач 36
3.2.2. Примеры использования приемов для решения
задач 39
4. СИНЕКТИКА 43
4.1. Сущность синектического подхода 44
4.2. Аналогии, активизирующие образное мышление 45
4.2.1. Личная аналогия — эмпатия 45
4.2.2. Фантастическая аналогия 46
4.2.3. Символическая аналогия 47
4.2.4. Психологические предпосьшки синектического
подхода 54

Оглавление
379
4.3. Применение операторов синектики для поиска решений .... 56
4.3.1. Превращение незнакомого в знакомое и наоборот .... 57
4.3.2. Методические рекомендации по решению задач 63
Раздел 2. ПРИЕМЫ И МЕТОДЫ РЕШЕНИЯ ТЕХНИЧЕСКИХ ЗАДАЧ
5. СИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ ТЕХНИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ 70
5.1. Структурный анализ технических объектов 70
5.2. Модели системного анализа технических объектов 75
5.2.1. Генетический подход 76
5.2.2. Компонентный подход 78
5.2.3. Структурный подход 79
6. ПОИСК РЕСУРСОВ ПРИ РЕШЕНИИ
ТЕХНИЧЕСКИХ ЗАДАЧ 86
6.1. Вещественно-полевые ресурсы 87
6.1.1. Вещества 88
6.1.2. Поля 91
6.1.3. Взаимодействие веществ и полей 93
6.2. Физико-технические эффекты 95
6.2.1. Математические эффекты 96
6.2.2. Геометрические эффекты 97
6.2.3. Физические эффекты 105
6.3. Ресурсы пространства и времени 107
6.3.1. Ресурс пространства 107
6.3.2. Ресурс времени ПО
6.4. Количественные изменения 111
6.5. Модели вепольного анализа 114
6.5.1. Задачи на изменение объекта 119
6.5.2. Задачи на обнаружение и измерение свойств
объекта 121
7. ПРИНЦИПЫ СТРОЕНИЯ И ЗАКОНОМЕРНОСТИ
РАЗВИТИЯ ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ 125
7.1. Закон увеличения степени идеальности
технических объектов 127
7.1.1. Формирование идеального конечного результата 128
7.1.2. Принципы и приемы поиска решений, основанные
на законе повышения идеальности 131
7.2. Принципы строения и функционирования
технических систем 136
7.2.1. Принцип соответствия функции и структуры 136
7.2.2. Принцип энергетической проводимости 140

380
Оглавление
7.2.3. Принцип согласования—рассогласования 144
7.2.4. Симметрия 149
7.3. Закономерности развития технических систем 155
7.3.1. Закономерность стадийного развития 155
7.3.2. Закономерность прогрессивной конструктивной
эволюции 158
7.3.3. Динамизация технических систем 164
7.3.4. Переход с макроуровня на микроуровень 171
7.3.5. Закономерность свертывания—развертывания
технической системы 174
7.3.6. Закономерность взаимосвязанного и неравномерного
развития 181
7.3.7. Закономерность спирального развития техники 184
8. ПРОТИВОРЕЧИЯ ПРИ РЕШЕНИИ ТЕХНИЧЕСКИХ ЗАДАЧ .187
8.1. Операционное противоречие 190
8.2. Предметное противоречие 195
8.3. Эвристическая ценность формулирования
предметных противоречий 197
8.4. Методические рекомендации по решению задач 207
8.5. Примеры применения приемов разрешения противоречий . . 211
9. ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ АНАЛИЗ
ТЕХНИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ 218
9.1. Формулирование функций 222
9.2. Функционально-структурный анализ технического объекта . . 226
9.2.1. Операционный подход 227
9.2.2. Предметный подход 233
10. МОРФОЛОГИЧЕСКИЙ ПОДХОД К АНАЛИЗУ
И СИНТЕЗУ ОБЪЕКТОВ 245
10.1. Феномен морфологического исследования объектов 246
10.2. Морфологический подход при анализе проблемы 249
10.3. Синтез технических решений 251
10.3.1. Методика разработки морфологических таблиц .... 257
10.3.2. Примеры морфологического исследования
технических объектов 259
10.3.3. Морфологическое мышление в стратегии
Уолта Диснея 264
10.4. Формы представления результатов морфологического
исследования 269
10.4.1. Цветущий лотос 271
10.4.2. Ментальная карта 272
10.5. Метод отрицания и конструирования 273

Оглавление 381
11. ОБЩИЕ МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ
ПО РЕШЕНИЮ ЗАДАЧ 278
11.1. Решение исследовательских задач 279
11.2. Выявление и прогнозирование нежелательных
эффектов и явлений в конструкциях и технологиях 283
11.3. Задачи синтеза 290
11.3.1. Анализ проблемы 291
11.3.2. Анализ требований к качеству продукции 294
11.3.3. Совершенствование существующего объекта 297
11.4. Использование программных продуктов поддержки
интеллектуальной деятельности 298
Заключение 304
Приложения 307
Ш. Структура и виды понятий 307
П2. Некоторые логические операции с понятиями 309
ПЗ. Некоторые положения логики категорических
высказываний 312
П4. Модальные суждения 314
П5. Некоторые типовые операции мышления 318
П6. Терминология, применяемая в системном анализе 320
П7. Мозговой штурм: виды и методика проведения 322
П8. Материалы к символической аналогии 326
П9. Краткая методика работы У. Гордона с творческой
группой 328
П10. Материалы к вепольному анализу 330
ПИ. Терминология, применяемая относительно законов
техники 331
П12. История развития радиолампы 334
П13. О терминологии, применяемой по противоречиям
в технических задачах 338
П14. 40 приемов разрешения технических (операционных)
противоречий, предложенные Альтшуллером 340
П15. Дополнения к морфологическому подходу 345
П16. Материалы для проведения «диверсионного» анализа [50] . . . 349
П17. Краткая справка по ТРИЗ 351
П18. Перечень примеров 352
П19. Методические рекомендации по организации
учебного процесса 356
Предметный указатель 368
Список литературы 371

Ревенков Алексей Владимирович
Резникова Елена Викентьевна
Теория и практика решения
технических задач
Учебное пособие
Редактор Н. Е. Овчеренко
Корректор В. Г. Овсянникова
Компьютерная верстка И. В. Кондратьевой
Оформление обложки В. Купцова
Сдано в набор 20.06.2007. Подписано в печать 27.09.2007. Формат 70x100/16.
Печать офсетная. Гарнитура «Тайме». Усл. печ. л. 30,96. Уч.-изд. л. 31,4.
Бумага офсетная. Тираж 1000 экз. Заказ № С-1357
Издательство «ФОРУМ»
101000, Москва — Центр, Колпачный пер., д. 9а
Тел./факс: (495) 625-32-07, 625-52-43
E-mail: mail@foram-books.ru
ЛР№ 070824 от 21.01.93
Издательский Дом «ИНФРА-М»
127282, Москва, ул. Полярная, д. 31в
Тел.: (495) 380-05-40
Факс: (495) 363-92-12
E-mail: books@infra-m.ru
Http://www.infra-m.ru
По вопросам приобретения книг обращайтесь:
Отдел продаж издательства «ФОРУМ»
101000, Москва — Центр, Колпачный пер., д. 9а
Тел./факс: (495) 625-52-43
E-mail: natali_forum@mail.ru
Отдел продаж «ИНФРА-М»
127282, Москва, ул. Полярная, д. 31в
Тел.: (495) 363-42-60
Факс: (495) 363-92-12
E-mail: books@infra-m.ru
Центр комплектования библиотек
119019, Москва, ул. Моховая, д. 16
(Российская государственная библиотека, кор. К)
Тел.: (495) 202-93-15
Магазин «Библиосфера» (розничная продажа)
109147, Москва, ул. Марксистская, д. 9
Тел.: (495) 670-52-18, (495) 670-52-19
Отпечатано в полном соответствии с качеством
предоставленного электронного оригинал-макета
в типографии ОАО ПИК «Идел-Пресс».
420066, г. Казань, ул. Декабристов, 2.