Классификация типовых приемов поиска решений

Г.В. Соколов

КЛАССИФИКАЦИЯ ТИПОВЫХ ПРИЁМОВ ПОИСКА РЕШЕНИЙ

Введение

Целью данного подраздела является, во-первых, продемонстрировать возможную классификацию типовых приемов с позиции системного подхода, а, во-вторых, — насколько список типовых приемов еще далек от требований автоматизации поиска решений, от охвата различных сфер деятельности, например, радиоэлектроники и вычислительной техники, см. раздел "примеры применения приёмов".

Основной проблемой применения ЭВМ в изобретательстве является поэтапное определение наиболее вероятного поля поиска решения. Так как для каждой задачи нужно найти "свой", не известный ранее метод или комбинацию методов, то простым перебором методов (приемов) нужного решения не найти. Проблемой является и возможный перебор бесконечных комбинаций последовательностей методов (нет ограничений).

Типовые приемы — это метод поиска "снизу". Чтобы на каждом этапе поиска не выходить за рамки вероятного поля поиска, необходимо придерживаться и метода поиска "сверху" (с позиций общей теории систем). Процесс поиска решения в зависимости от сложности задач должен быть многоуровневым по иерархии со своими средствами поиска на каждом уровне и с такими определениями как ограничения, свойства и отношения. Чтобы методы "сверху" и "снизу" работали согласованно, необходима соответствующая классификация типовых приемов.

1. Разделы предлагаемой классификации

В первом приближении для 40 типовых приемов [1] выделены следующие разделы верхнего уровня:

структурные преобразования (категория пространства и связей);
функциональные преобразования (категория времени и последовательности);
структурно-функциональные преобразования.

В каждом разделе верхнего уровня выделяются подразделы. Например, для структурного раздела:

количественное преобразование частей объекта;
качественные преобразования объекта;
выбор конструкции и материала;
выбор формы;
выбор цвета;
измерения;
выбор посредника.

Для функционального раздела:

периодическая последовательность состояний (дискретная, гармоническая);
вложенные циклы (календарь времени);
непрерывность функционирования;
импульсные, однократные действия;
вращательное движение;
условные методы.

Для структурно-функционального раздела:

вес;
универсальность;
избирательность;
оперативная смена параметров;
самообслуживание;
обратная связь;
время жизни объекта;
экономичные технологии;
интенсификация процессов:
принцип наоборот;
условные методы.

2. Список известных [1] 40 приемов, представленный по предложенной выше классификации

(Порядковые номера приёмов соответствуют [1]).

Структурные преобразования
- Количественные преобразования объекта
  - Прием 1. ПРИНЦИП ДРОБЛЕНИЯ
    а) Разделить объект на независимые части.
    б) Выполнить объект разборным.
    в) Увеличить степень дробления объекта.
  - Прием 2. ПРИНЦИП ВЫНЕСЕНИЯ
    Отделить от объекта "мешающую" часть ("мешающее" свойство) или, наоборот, выделить единственно нужную часть (нужное свойство).
  - Прием 5. ПРИНЦИП ОБЪЕДИНЕНИЯ
    а) Соединить однородные или предназначенные для смежных операций объекты.
    б) Объединить во времени однородные или смежные операции.
  - Прием 6. ПРИНЦИП УНИВЕРСАЛЬНОСТИ
    Объект выполняет несколько разных функций, благодаря чему отпадает необходимость в других объектах.
  - Прием 27. ДЕШЕВАЯ НЕДОЛГОВЕЧНОСТЬ ВЗАМЕН ДОРОГОЙ ДОЛГОВЕЧНОСТИ
    Заменить дорогой объект набором дешевых объектов, поступившись при этом некоторыми качествами (например, долговечностью).
- Качественные преобразования объекта
  - Прием 3. ПРИНЦИП МЕСТНОГО КАЧЕСТВА
    а) Перейти от одной структуры объекта (или внешней среды, внешнего воздействия к неоднородной.
    б) Разные части объекта должны иметь (выполнять) различные функции.
    в) Каждая часть объекта должна находиться в условиях, наиболее соответствующих ее работе.
- Выбор конструкции и материала
  - Прием 29. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПНЕВМО И ГИДРОКОНСТРУКЦИЙ
    Вместо твердых частей объекта использовать газообразные и жидкие: надувные и гидронаполняемые, воздушную подушку, гидростатические и гидрореактивные.
  - Прием 30. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ГИБКИХ ОБОЛОЧЕК И ТОНКИХ ПЛЕНОК
    а) Вместо обычных конструкций использовать гибкие оболочки и тонкие пленки.
    б) Изолировать объект от внешней среды с помощью гибких оболочек и тонких пленок.
  - Прием 31. ПРИМЕНЕНИЕ ПОРИСТЫХ МАТЕРИАЛОВ
    а) Выполнить объект пористым или использовать дополнительные пористые элементы (вставки, покрытия и т. п.).
    б) Если объект уже выполнен пористым, предварительно заполнить поры каким-то веществом. Машины всегда строились из плотных (непроницаемых) материалов. Инерция мышления приводит к тому, что задачи, легко решаемые при использовании пористых материалов, зачастую пытаются решить введением специальных устройств и систем, сохраняя все элементы конструкции непроницаемыми. Между тем, высокоорганизованной машине присуща проницаемость. Примером может служить любой живой организм, начиная с клетки и кончая человеком. Внутреннее перемещение вещества - одна из важных функций многих машин. "Грубая" машина осуществляет эту функцию с помощью труб, насосов и т.д., а "тонкая" машина - с помощью пористых материалов и молекулярных сил.
  - Прием 33. ПРИНЦИП ОДНОРОДНОСТИ
    Объекты, взаимодействующие с данным объектом, должны быть сделаны из того же материала (или близкого ему по свойствам).
  - Прием 40. ПРИМЕНЕНИЕ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ
    Перейти от однородных материалов к композиционным.
- Выбор формы
  - Прием 4. ПРИНЦИП АССИМЕТРИИ
    а) Перейти от симметричной формы объекта к асимметричной.
    б) Если объект асимметричен, увеличить степень асимметрии. Машины рождаются симметричными. Это их традиционная форма. Поэтому многие задачи, трудные по отношению к симметричным объектам, легко решаются нарушением симметрии.
  - Прием 7. ПРИНЦИП "МАТРЕШКИ"
    а) Один объект размещен внутри другого объекта, который, в свою очередь, находится внутри третьего и т.д.;
    б) Один объект проходит сквозь полость в другом объекте.
  - Прием 14. ПРИНЦИП СФЕРОИДАЛЬНОСТИ
    а) Перейти от прямолинейных частей объекта к криволинейным, от плоских поверхностей к сферическим, от частей, выполненных в виде куба или параллелепипеда, к шаровым конструкциям.
    б) Использовать ролики, шарики, спирали.
- Выбор цвета
  - Прием 32. ПРИНЦИП ИЗМЕНЕНИЯ ОКРАСКИ
    а) Изменить окраску объекта или внешней среды.
    б) Изменить степень прозрачности объекта или внешней среды.
    в) Для наблюдения за плохо видимыми объектами или процессами использовать красящие добавки.
    г) Если такие добавки уже применяются, использовать меченные атомы.
- Измерения
  - Прием 17. ПРИНЦИП ПЕРЕХОДА В ДРУГОЕ ИЗМЕРЕНИЕ
    а) Трудности, связанные с движением (или размещением) объекта по линии, устраняются, если объект приобретает возможность перемещаться в двух измерениях (то есть, на плоскости). Соответственно, задачи, связанные с движением (или размещением) объекта в одной плоскости, устраняются при переходе к пространству трех измерений.
    б) Многоэтажная компоновка объектов вместо одноэтажной.
    в) Наклонить объект или положить его "набок".
    г) Использовать обратную сторону данной площади.
    д) Использовать оптические потоки, падающие на соседнюю площадь или на обратную сторону имеющейся площади.
- Выбор посредника
  - Прием 24. ПРИНЦИП "ПОСРЕДНИКА"
    а) Использовать промежуточный объект, переносящий или передающий действие
    б) На время присоединить к объекту другой (легко удаляемый) объект. (подприем был введен в более поздних редакциях - прим. D.K.)
  - Прием 26. ПРИНЦИП КОПИРОВАНИЯ
    а) Вместо недоступного, сложного, дорогостоящего, неудобного или хрупкого объекта использовать его упрощенные и дешевые копии.
    б) Заменить объект или систему объектов их оптическими копиями (изображениями). Использовать при этом изменение масштаба (увеличить или уменьшить копии).
    в) Если используются видимые оптические копии, перейти к копиям инфракрасным или ультрафиолетовым.
Функциональные преобразования
- Периодическая последовательность состояний (дискретная, гармоническая)
  - Прием 18. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МЕХАНИЧЕСКИХ КОЛЕБАНИЙ
    а) Привести объект в колебательное движение.
    б) Если такое движение уже совершается, увеличить его частоту (вплоть до ультразвуковой).
    в) Использовать резонансную частоту.
    г) Применить вместо механических вибраторов пьезовибраторы.
    д) Использовать ультразвуковые колебания в сочетании с электромагнитными полями.
  - Прием 19. ПРИНЦИП ПЕРЕОДИЧЕСКОГО ДЕЙСТВИЯ
    а) Перейти от непрерывного действия к периодическому (импульсному).
    б) Если действие уже осуществляется периодически - изменить периодичность.
    в) Использовать паузы между импульсами для другого действия.
- Вложенные циклы (календарь времени)
  - (Нет приёма в списке 40). Цикл процесса нижнего уровня является тактом цикла процесса более высокого уровня (аналог принципа "матрешки" — прием 7).
- Непрерывность функционирования
  - Прием 20. ПРИНЦИП НЕПРЕРЫВНОСТИ ПОЛЕЗНОГО ДЕЙСТВИЯ
    а) Вести работу непрерывно (все части объекта должны все время работать с полной нагрузкой).
    б) Устранить холостые и промежуточные ходы.
- Импульсные, однократные действия
  - Прием 21. ПРИНЦИП ПРОСКОКА
    Вести процесс или отдельные его этапы (например, вредные или опасные) на большой скорости.
- Вращательное движение
  - Прием 14. ПРИНЦИП СФЕРОИДАЛЬНОСТИ
    в) Перейти к вращательному движению, использовать центробежную силу.
- Условные методы
  - Прием 9. ПРИНЦИП ПРЕДВАРИТЕЛЬНОГО АНТИДЕЙСТВИЯ
    а) Заранее придать объекту напряжения, противоположные недопустимым или нежелательным рабочим напряжениям.
    б) Если по условиям задачи необходимо совершить какое-то действие, надо заранее совершить антидействие. (подприем был введен в более поздних редакциях - прим. D.K.)
  - Прием 10. ПРИНЦИП ПРЕДВАРИТЕЛЬНОГО ДЕЙСТВИЯ
    а) Заранее выполнить требуемое изменение объекта (полностью или хотя бы частично).
    б) Заранее расставить объекты так, чтобы они могли вступить в действие с наиболее удобного места и без затрат времени на доставку.
  - Прием 11. ПРИНЦИП "ЗАРАНЕЕ ПОДЛОЖЕННОЙ ПОДУШКИ"
    Компенсировать относительно невысокую надежность объекта заранее подготовленными аварийными средствами.
Структурно-функциональные преобразования
- Вес
  - Прием 8. ПРИНЦИП АНТИВЕСА
    а) Компенсировать вес объекта соединением с другими объектами, обладающими подъемной силой.
    б) Компенсировать вес объекта взаимодействием со средой (за счет аэро, гидродинамических и других сил).
- Универсальность
  - нет приемов
- Избирательность
  - нет приемов
- Оперативная смена параметров
  - Прием 15. ПРИНЦИП ДИНАМИЧНОСТИ (параметризации)
    а) Характеристики объекта (или внешней среды) должны меняться так, чтобы быть оптимальными на каждом этапе работы.
    б) Разделить объект на части, способные перемещаться относительно друг друга.
    в) Если объект в целом не подвижен, сделать его подвижным, перемещающимся.
- Самообслуживание
  - Прием 25. ПРИНЦИП САМООБСЛУЖИВАНИЯ
    а) Объект должен сам себя обслуживать, выполняя вспомогательные и ремонтные операции.
    б) Использовать отходы (энергии, вещества).
- Обратная связь
  - Прием 23. ПРИНЦИП ОБРАТНОЙ СВЯЗИ
    а) Ввести обратную связь.
    б) Если обратная часть есть - изменить ее.
- Время жизни объекта
  - Прием 34. ПРИНЦИП ОТБРОСА И РЕГЕНЕРАЦИИ ЧАСТЕЙ
    а) Выполнившая свое назначение или ставшая ненужной часть объекта должна быть отброшена (растворена, испарена и т. д.) или видоизменена непосредственно в ходе работы.
    б) Расходуемые части объекта должны быть восстановлены непосредственно в ходе работы.
- Экономичные технологии
  - Прием 28. ЗАМЕНА МЕХАНИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ
    а) Заменить механическую систему оптической, акустической или "запаховой".
    б) Использовать электрические, магнитные и электромагнитные поля для взаимодействия с объектом.
    в) Перейти от неподвижных полей к движущимся, от фиксированных к меняющимся по времени, от неструктурных к имеющим определенную структуру.
    г) Использовать поля в сочетании с ферромагнитными частицами.
  - Прием 35. ИЗМЕНЕНИЕ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ОБЪЕКТА
    а) Изменить агрегатное состояние объекта.
    б) Изменить концентрацию или консистенцию.
    в) Изменить степень гибкости.
    г) Изменить температуру.
- Интенсификация процессов
  - Прием 36. ПРИМЕНЕНИЯ ФАЗОВЫХ ПЕРЕХОДОВ
    Использовать явления, возникающие при фазовых переходах, например изменение объема, выделение или поглощение тепла и т. д.
  - Прием 37. ПРИМЕНЕНИЕ ТЕРМИЧЕСКОГО РАСШИРЕНИЯ
    а) Использовать термическое расширение (или сжатие) материалов.
    б) Если термическое расширение уже используется, применить несколько материалов с разными коэффициентами термического расширения.
  - Прием 38. ПРИМЕНЕНИЯ СИЛЬНЫХ ОКИСЛИТЕЛЕЙ
    а) Заменить обычный воздух обогащенным.
    б) Заменить обогащенный воздух кислородом.
    в) Воздействовать на воздух или кислород ионизирующими излучениями.
    г) Использовать озонированный кислород.
    д) Заменить озонированный (или ионизированный) кислород озоном. Основная цель этой цепи приемов - повысить интенсивность процессов.
  - Прием 39. ПРИМЕНЕНИЕ ИНЕРТНОЙ СРЕДЫ
    а) Заменить обычную среду инертной.
    б) Вести процесс в вакууме. Этот прием можно считать антиподом предыдущего.
- Принцип наоборот
  - Прием 13. ПРИНЦИП "НАОБОРОТ"
    а) Вместо действия, диктуемого условиями задачи, осуществить обратное действие (например, не охлаждать объект а нагревать).
    б) Сделать движущуюся часть объекта (или внешней среды) неподвижной, а неподвижную движущейся.
    в) Перевернуть объект "вверх ногами".
- Условные методы
  - Прием 12. ПРИНЦИП ЭКВИПОТЕНЦИАЛЬНОСТИ
    Изменить условия работы так, чтобы не приходилось поднимать или опускать объект.
Прочие методы
- Прием 16. ПРИНЦИП ЧАСТИЧНОГО ИЛИ ИЗБЫТОЧНОГО РЕШЕНИЯ
  Если трудно получить 100% требуемого эффекта, надо получить "чуть меньше" или "чуть больше". Задача при этом может существенно упроститься.
- Прием 22. ПРИНЦИП "ОБРАТИТЬ ВРЕД В ПОЛЬЗУ"
  а) Использовать вредные факторы (в частности, вредное воздействие среды) для получения положительного эффекта.
  б) Устранить вредный фактор за счет сложения с другим вредным фактором.
  в) Усилить вредный фактор до такой степени, чтобы он перестал быть вредным.

Таким образом, на примере данной классификации видно, что какие-то приемы приходится разделять по разным разделам, а каких-то приемов явно не хватает (вложенные циклы).

Упорядочение подразделов может быть и должно быть продолжено в последующих работах.

Перечень типовых приемов - это своего рода настольный справочник изобретателя, но справочник особого рода: изобретатель должен рассматривать его как основу, которую необходимо самостоятельно пополнять по новым техническим и патентным публикациям [1].

Литература

Алгоритм изобретения. "Московский. рабочий", 1973. С.141-177.

Конец обзора